+ All Categories
Home > Documents > LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere...

LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere...

Date post: 06-Feb-2020
Category:
Upload: others
View: 5 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
46
Universitatea Politehnica București Facultatea de Automatică și Calculatoare Departamentul de Automatică și Ingineria Sistemelor LUCRARE DE LICENȚĂ Sistem de reglare a temperaturii, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil Absolvent Stăncioiu Eugen – Alexandru Coordonator Șl. Dr. Ing. Alexandru Dumitrașcu București - 2013
Transcript
Page 1: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Universitatea Politehnica București

Facultatea de Automatică și Calculatoare Departamentul de Automatică și Ingineria Sistemelor

LUCRARE DE LICENȚĂ

Sistem de reglare a temperaturii, cu

posibilitatea controlului de la distanță,

folosind un automat programabil

Absolvent

Stăncioiu Eugen – Alexandru

Coordonator

Șl. Dr. Ing. Alexandru Dumitrașcu

București - 2013

Page 2: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

I

CUPRINS CUPRINS ...................................................................................................... I

Tehnologii existente în domeniu .................................................................. 2

1.1 Centrale cu gaz ..................................................................................................................... 2

1.2 Centrale termice în condensație ................................................................................. 3

1.3 Panouri solare ....................................................................................................................... 4

Principiul de funcționare .............................................................................. 5

2.1 Arhitectura de principiu................................................................................................... 5

2.2 Implementarea proiectului ............................................................................................ 7

Componentele Hardware ............................................................................. 9

3.1 Automatul programabil .................................................................................................... 9

3.2 Convertizoare de frecvență .........................................................................................10

3.3 Pompa de apă ......................................................................................................................11

3.4 Ansamblul suflantă – radiator ...................................................................................11

3.5 Relee și siguranțe ..............................................................................................................12

3.6 Senzori .....................................................................................................................................13

3.7 Cană cu încălzitor ..............................................................................................................13

Implementarea Software ........................................................................... 14

4.1 Programul ..............................................................................................................................14

4.1.1. Citire și scalare senzori ...........................................................................................14

4.1.2. Controllere ....................................................................................................................15

4.1.3. Interfața grafică .........................................................................................................16

4.1.4. Controlul de la distanță ...........................................................................................18

Funcționare, grafice, concluzii, îmbunătățiri ulterioare .............................. 21

5.1 Funcționare ...........................................................................................................................21

5.2 Grafice ......................................................................................................................................23

5.3 Concluzii și îmbunătățiri ulterioare ........................................................................28

ANEXA A - Schema electrică ...................................................................................................29

ANEXA B – Codul programului ...............................................................................................34

Page 3: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

II

LISTĂ DE FIGURI

Figura 1.1 – Schemă centrală gaze ................................................................................................................. 3 Figura 1.2 – Sistem panou solar cu circulație indirectă.................................................................................. 4 Figura 2.1 – Interfață automatizare central pe rumeguș ............................................................................... 5 Figura 3.1 – Automatul Programabil cu modulele de intrare/ieșire .............................................................. 9 Figura 3.2 – Convertizor Moeller DV51-322-2K2 .........................................................................................10 Figura 3.3 – Convertizor Moeller DV5-322-055 ...........................................................................................10 Figura 3.4 – Pompă de apă ...........................................................................................................................11 Figura 3.5 – Ansamblul radiator-suflantă .....................................................................................................11 Figura 3.6 – Relee .........................................................................................................................................12 Figura 3.7 – Schneider RXM2AB18D ............................................................................................................12 Figura 3.8 - Siguranțe ...................................................................................................................................12 Figura 3.9 – iTEMP TMT181 .........................................................................................................................13 Figura 3.10 – PT100 ......................................................................................................................................13 Figura 3.11 – Senzor poziție O1D100 (lateral) .............................................................................................13 Figura 3.12 – Senzor poziție O1D100 (frontal) .............................................................................................13 Figura 4.1 – Scalare Temperatură ................................................................................................................14 Figura 4.2 – Scalare Distanță ........................................................................................................................14 Figura 4.3 – Protecție rezervor gol ...............................................................................................................14 Figura 4.4 – Controller PI ..............................................................................................................................15 Figura 4.5 – RSView Edit Mode ....................................................................................................................16 Figura 4.6 – RSView Logic and Control .........................................................................................................16 Figura 4.8 – Aplicație Android ......................................................................................................................19 Figura 4.9 – Aplicație Server .........................................................................................................................20 Figura 5.1 - Perturbație ................................................................................................................................21 Figura 5.2 – Grafic stabilizare 45°C...............................................................................................................23 Figura 5.3 – Grafic eroare staționară ...........................................................................................................24

Figura 5.4 – Creștere și stabilizare 45-60°C ................................................................................................25

Figura 5.5 – Creștere și stabilizare 60-80°C ................................................................................................25 Figura 5.6 – Scădere logaritmică ..................................................................................................................26 Figura 5.7 – Oscilații uniforme în jurul referinței .........................................................................................27

Page 4: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

III

LISTĂ DE TABELE

Tabel 1 – Ziegler-Nichols ................................................................................................................................ 8 Tabel 2 – Taguri RSView ...............................................................................................................................18

Page 5: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

Introducere

1

Introducere

În viața de zi cu zi există numeroase situații în care suntem nevoiți să încălzim o incintă sau un fluid, în funcție de diferite condiții.

Sunt multe modalități prin care acest lucru se poate realiza, dar acestea diferă in funcție de costurile necesare, de precizia cu care se poate menține acea temperatură, de limitările instalației, etc.

Soluțiile bazate pe gaze și chiar și cele electrice sunt eficiente, dar sunt destul de costisitoare în cele mai multe din cazuri, iar cele ce folosesc combustibili

solizi necesită alimentarea periodică cu combustibil de către o persoană. Totuși, folosind echipamente adecvate, acest proces se poate automatiza,

controla și regla, pentru a nu mai fi nevoie de intervenția omului. În acest scop, am realizat automatizarea unei centrale termice pentru

încălzirea unei locuințe, bazată pe rumeguș, un combustibil solid ce se poate găsi

fără mare dificultate și la un cost mic. Aceasta folosește un principiu simplu de funcționare, un buncăr de rumeguș,

din care este tras într-o cameră de ardere folosind un șnec, o suflantă care introduce aer în camera de ardere, diferiți senzori (de temperatură, nivel etc.), relee și un automat programabil pentru controlul propriu-zis al instalației.

Din motive evidente, pentru această lucrare nu am putut efectua un proiect la scală redusă care să funcționeze pe același principiu (neputând să folosesc o

ardere propriu zisă). Proiectul prezentat se axează mai mult pe partea de automatizare și voi

încerca să simulez acest proces folosind o încălzire electrică a lichidului (în cazul

centralei – apa care trece prin calorifere) și un radiator pe partea de răcire (echivalat la o scală mai mare cu cele dintr-o locuință).

În primul capitol am realizat o scurtă prezentare a diferitelor metode de încălzire a unui spațiu.

Cel de-al doilea capitol al acestei lucrări conține principiul de funcționare al

proiectului și cerințele de implementare. Capitolul 3 conține implementarea hardware folosită.

În cel de-al 4-lea capitol voi explica implementarea software a structurii de reglare, modul de funcționare al programului, interfața grafică a acestuia, cât și partea de control de la distanță, aplicația android și conexiunile.

Capitolul 5 este constituit din grafice, rezultate și concluzii în urma funcționării instalației.

Page 6: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL I

2

CAPITOLUL I

Tehnologii existente în domeniu

1.1 Centrale cu gaz

Centrala este formată în principiu dintr-o carcasă fixată pe perete, în care se

găsesc: un arzător, o cameră de ardere, un sistem de evacuare a gazelor arse, un

schimbător de căldură principal, o pompă de circulație, un sistem de preparare a apei calde de consum, un robinet cu trei căi, un vas de expansiune, armături

(supape, robinete de umplere, golire și aerisire), senzori și electronică de comandă. Din punct de vedere al preparării apei calde de consum (apă caldă

menajeră, apă caldă sanitară) ele pot fi cu prepararea instantanee a apei sau cu

acumulare (cu prepararea apei în prealabil). Prepararea apei calde de consum se face cu ajutorul agentului termic produs de centrală.

În cazul preparării instantanee apa caldă este produsă în momentul apariției cererii de consum. Prepararea se face comutând agentul termic de la instalația de încălzire la un schimbător de căldură cu plăci. Corelarea fluxului termic necesar

producerii apei calde cu cel produs prin ardere este dificilă. Există două soluții: - Se optează pentru un debit de apă fix (cât curge la un robinet) cu o

diferență de temperatură fixă, caz în care automatizarea arzătorului este simplă, dar centrala nu este flexibilă la cererea de apă caldă: poate servi doar un robinet, care nu poate avea debit mic, nu se poate face

economie de apă caldă. Soluția este însă ieftină. - Se optează pentru flexibilitate, ceea ce necesită modularea flăcării

(reglarea puterii flăcării prin cantitățile de gaz și aer introduse în camera de ardere), ceea ce conduce la o soluție mai scumpă.

În cazul preparării apei calde în prealabil, aceasta se face într-un vas,

încălzit de agentul termic. Soluția este flexibilă, simplă, dar mai voluminoasă și mai scumpă, datorită vasului de acumulare. În plus, din vasul de acumulare căldura se

pierde puțin câte puțin în mediul ambiant, așa că centrala consumă combustibil și în absența solicitării de apă caldă.

Din punct de vedere al tirajului, centralele de perete pot fi cu tiraj natural

sau forțat. În cazul celor cu tiraj natural (zise și cu arzător cu aer autoaspirat) aerul necesar arderii este preluat la fel ca la o sobă obișnuită, din incinta în care se află

centrala, iar gazele de ardere sunt evacuate în exterior printr-un coș de fum, cu ajutorul tirajului realizat de acesta. Camera de ardere este deschisă, adică comunică

cu incinta în care este amplasată centrala. Centralele cu tiraj natural sunt mai simple, mai fiabile, mai silențioase și mai ieftine, însă pot fi amplasate doar în spații care îndeplinesc condiții foarte restrictive.

La centralele cu tiraj forțat (zise și cu arzător cu aer insuflat sau cu arzător cu introducere forțată a aerului), tirajul este realizat de un ventilator încorporat. În

acest caz aerul necesar arderii este preluat din exteriorul incintei în care este montată centrala, iar gazele produse prin ardere sunt evacuate tot în exterior, de obicei prin racorduri concentrice (coș ventuză). Camera de ardere este închisă

(etanșă), adică nu comunică cu incinta în care este montată centrala. Ventilatorul

Page 7: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL I

3

este o componentă suplimentară, care scumpește construcția și care se poate defecta destul de ușor. Condițiile de amplasare ale centralei sunt însă mult mai puțin restrictive. (Wikipedia, 2012)

1.2 Centrale termice în condensație

Ce este fenomenul de condensatie?

In acceptiunea generala condensarea este procesul de transformare a

vaporilor in lichid. Va veti intreba apoi care este legatura cu centrala in condensatie.

Asadar, in urma fenomenului de ardere a unui combustibil, in gazele de ardere produse exista o anumita cantitate de apa aflata in stare de vapori. Scazand

temperatura acestor gaze se obtine condensarea vaporilor. Aceasta scadere se face practic obligand gazele de ardere sa treaca peste un schimbator de caldura prin care circula apa sistemului de incalzire (care vine din calorifere).

In acest fel gazele de ardere care se evacueaza sunt mai reci deci se micsoreaza pierderile iar apa care vine in centrala termica din calorifere este

preincalzita cu gazele de ardere pe care, in caz contrar, le-am fi evacuat. Conditia ca acest transfer de caldura sa se produca este ca temperatura apei

care vine din calorifere sa aiba maxim 35 °C . Si de aceea:

Unde si in ce sistem se poate pune o centrala in condensatie?

-se poate pune intr-un sistem de incalzire mare care este echipat cu corpuri de incalzire proiectate sa lucreze cu temperaturi ale agentului termic de 55 °C pe tur si 35 °C pe retur sau cu un sistem de incalzire in pardoseala, iar apa calda de

consum nu va fi preparata la o temperatura mai mare de 50 °C. - in sistemele de incalzire vechi care se modernizeaza, numai daca corpurile

de incalzire indeplinesc conditia de mai sus sau se instaleaza o incalzire in pardoseala

- sa nu neglijati faptul ca este necesara o canalizare in apropierea centralei.

Ce se intampla daca nu respectam aceste conditii de instalare?

Figura 1.1 – Schemă centrală gaze

Page 8: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL I

4

Daca nu se respecta acest mod de instalare nu va exista fenomenul de condensatie, pentru ca la diferenta mica intre temperatura apei din calorifere si temperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci

randamentul nominal al centralei termice in condensatie de 107 % se va apropia de cel al unei centrale normale, de 94-95% si nu vom beneficia exact de modul de

functionare pentru care am platit in plus. Va exista acest fenomen doar cand se prepara apa calda la temperatura de

maxim 50 °C sau in perioadele de primavara-toamna, cand o temperatura a

agentului in calorifere de 50 °C va fi suficienta pentru a creea o temperatura placuta in casa.

Vom avea un randament maxim al centralei intr-o perioada in care consumul de combustibil este foarte mic fata de consumul de varf din iarna, adica vom avea o crestere de randament de 10% dar aplicat unui consum de combustibil la jumatate

fata de cel nominal.

Exemplu: Daca consumul mediu de combustibil pe lunile de iarna ar fi de 1000 m3 si

am avea o centrala in condensatie montata corespunzator, am obtine o economie de

12% din 1000 m3 adica 120 m3, iar in lunile de primavara – toamna, la un consum mediu de 500 m3 pe sezon ar fi de 60 + 60 m3. Daca nu este montata

corespunzator, economia ar fi doar cea de 120 m3. (Experterm)

1.3 Panouri solare Panourile solare sunt folosite ca dispozitive auxiliare instalației principale de

încălzire. Acestea nu pot susține toată instalația, mai ales pe perioada lunilor reci ale anului.

Atașate unui sistem de încălzire, panourile solare pot scădea consumul de combustibil cu până la 80% pentru apa caldă și

până la 50% pe timp de iarnă (valorile exprimă media anuală). (Termosolare)

Sistemele cu panouri solare pot fi cu

circulație directă (apa menajeră din panou este

pompată direct prin instalații) sau cu circulație indirectă (o pompă recirculă un fluid cu punctul

de îngheț foarte mic printr-un schimbător de căldură, prin care trece apa circulată prin restul instalației). Cel cu circulație indirectă este indicat

zonelor unde temperaturile pot atinge și valori negative. (Energy.gov, 2012)

Având în vedere costurile ridicate pentru

încălzirea folosind o centrală cu gaze și imposibilitatea de a implementa o soluție

solară care să funcționeze de una singură, varianta cea mai eficientă va rămâne cea cu combustibil solid.

Figura 1.2 – Sistem panou solar cu circulație indirectă

Page 9: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL II

5

CAPITOLUL II

Principiul de funcționare

2.1 Arhitectura de principiu

Pentru implementarea unei centrale de încălzire folosind combustibil solid, impedimentul principal este automatizarea acesteia pentru a putea controla

temperatura dorită și pentru a alimenta centrala cu combustibil cu un minim de efort.

Soluția propusă presupune existența unei instalații termice în spațiul în care

se dorește încălzirea, la care se va conecta centrala propriu zisă.

Aceasta necesită o cameră de ardere, amplasată sub o serpentină prin care se va circula apa menajeră cu ajutorul unei pompe. Alăturat camerei de ardere se amplasează un buncăr cu combustibilul dorit (rumeguș, peleți, etc.). Alimentarea

din acesta se poate face folosind un șnec, pus în mișcare de un motor de curent alternativ.

În paralel cu alimentarea cu combustibil, pentru a înteți procesul de ardere în cameră se va introduce și aer, cu ajutorul unei suflante.

Figura 2.1 – Interfață automatizare central pe rumeguș

Page 10: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL II

6

Pentru automatizare, se poate folosi un automat Allen Bradley, cu mai multe module de intrare/ieșire (analogice și digitale). Modul de funcționare automat presupune monitorizarea continuă a temperaturii fluidului și eventual cea a

ambiantului. În funcție de aceasta, implementând un regulator de tip PID se reglează turația suflantei, ceea ce va întreține sau va scădea procesul de ardere. În

cazul în care senzorul măsoară o scădere de temperatură și totuși sistemul încearcă încălzirea lichidului, se va genera o alarmă pentru avertizarea utilizatorului în privința unei eventuale stingeri a arderii și se va opri funcționarea elementelor de

execuție. Corelat cu alimentarea cu aer, trebuie acționat motorul șnecului, pentru a

introduce combustibil din buncăr. Pentru acesta trebuie monitorizat de asemenea nivelul de combustibil (folosind o sondă cu ultrasunete) și generată o alarmă când începe să se golească. O altă alarmă pentru utilizator trebuie să apară în cazul în

care șnecul nu funcționează cum trebuie, aceasta putând fi folosind un senzor de rotație ce trimite impulsuri atâta timp cât acesta se află în mișcare.

Această soluție se poate conecta și cu altele, auxiliare. Folosind senzori de temperatură pe conductele de lichid și un sistem de

electrovalve, în automat se poate implementa folosirea diferitor instalații pentru a minimiza costurile.

Exemplu:

La sistemul principal de încălzire sunt conectate o centrală pe gaze, un boiler electric, o centrală pe combustibil solid și panouri solare.

Pentru folosirea eficientă a energiei în acest caz, se vor analiza temperaturile

pe fiecare din aceste instalații, începând cu cea mai ieftină variantă. Dacă temperatura din panourile solare este suficientă pentru utilizare, se pot închide

celelalte instalații și electrovalvele aferente și se vor deschide cele pentru panouri. În cazul în care temperatura lor nu este suficientă, pe timp de vară pentru apă caldă se poate folosi boilerul electric, iar pe timp de iarnă, pentru încălzirea locuinței se

trece la centrala pe combustibil solid. În eventualitatea în care nici una din acestea nu poate funcționa, din motive

de ineficiență, avarii, lipsă de combustibil, etc., se va face trecerea la centrala pe gaze, aceasta având cel mai ridicat cost de folosire.

Page 11: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL II

7

2.2 Implementarea proiectului

Din motive de siguranță, pentru proiectul prezentat nu am folosit același

principiu de funcționare, neputând să realizez un proces de ardere.

Folosind un principiu asemănător, trebuie implementat un sistem care pentru partea de încălzire folosește o rezistență electrică, iar partea de răcire un ansamblu

format dintr-un radiator și o suflantă. În recipientul cu rezistența electrică este necesară o sondă ce va monitoriza

temperatura și va trimite valorile continuu spre automat. În paralel cu aceasta va

trebui să funcționeze un senzor de distanță, pentru a detecta o eventuală folosire a instalației fără fluid în interior.

Sistemul este proiectat să mențină o temperatură fixă în vasul de încălzire.

Datorită puterii ridicate a vasului (2400W), a volumului relativ scăzut (1.5L) și a materialului izolator din care este făcut, la procesul de încălzire, acesta are o inerție termică ce face temperatura lichidului să mai crească chiar și după oprirea

alimentării acestuia.

Pentru a limita acest suprareglaj, inițial am încercat folosirea unui convertizor de frecvență. În cazul acestuia, am sperat că folosirea la o frecvență foarte joasă va rezolva problema suprareglajului în momentul în care voi opri alimentarea, dar nu a

fost de ajuns.

Problema a fost rezolvată adăugând radiatorul și controlul asupra acestuia corelat cu cel asupra încălzitorului.

Pentru acest lucru, am proiectat un algoritm PI pe partea de încălzire și încă

unul pe partea de răcire, ambele având ca mărime de reglat temperatura din rezervor. În acest fel, în momentul în care temperatura crește prea rapid și se

apropie de punctul de referință, se acționează pompa de recirculare și cel de-al 2-lea regulator PI controlează turația motorului de curent alternativ al suflantei printr-un alt convertizor de frecvență.

În așa fel se asigură și pornirea suflantei numai atunci când temperatura este cea dorită și reducerea turației sale când temperatura scade prea mult.

Pentru că reglarea temperaturii este un proces foarte lent, a fost dificil să

acordez regulatoarele, reușind să fac acest lucru prin metode experimentale.

Page 12: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL II

8

Pentru acordarea PI-ului am folosit metoda experimentală Ziegler-Nichols. Am

realizat interfața cu utilizatorul, unde am introdus un grafic pentru a observa

oscilațiile. Am închis bucla cu un regulator de tip P (Ti foarte mare), iar apoi am crescut Kp până la limita stabilității. Folosind graficul obținut și următorul tabel am

obținut rezultatele, pe care apoi le-am introdus în blocul PID din program.

(Dumitrache, 2005), (Pătrașcu & Voinescu, 2011) (Wikipedia, 2013)

Metoda Ziegler - Nichols

Tipul de control

P

- -

PI

-

PID clasic

Pessen Integral Rule

Puțin suprareglaj

Fără suprareglaj

Tabel 1 – Ziegler-Nichols

Page 13: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL III

9

CAPITOLUL III

Componentele Hardware

Alcătuirea proiectului a fost făcută folosind un minim de componente

necesare, ce asigură achiziția de date și controlul asupra instalației.

3.1 Automatul programabil

Automatul folosit în acest proiect este bazat pe procesorul de la Allen Bradley, SLC 5/04.

Acesta are o capacitate de 4096 intrări discrete, respectiv 4096 ieșiri.

Poate controla un maxim de 30 de sloturi și are 107 instrucțiuni. Timpul de scanare este de 0.9 ms/K1, iar timpul de execuție pentru trecerea unui bit din 1 în 0 sau invers este de 0.37 µs.

Comunicația între calculator și acesta se face prin protocolul serial DH+.

Softul de programare pentru acest automat este RSLogix500, în care se scrie în limbaj ladder. (Rockwell Automation, 2008)

Modulele folosite:

- Modul de 16 intrări digitale 1746-IB16 - Modul de 16 ieșiri digitale 1746-OW16

- Modul de 2 intrări / 2 ieșiri analogice 1746-NIO4I

1 Timpul de scanare este specific unui program ladder cu dimensiunea de 1K. Timpul de scanare efectiv depinde de

mărimea programului, instrucțiunile folosite și protocolul de comunicație.

Figura 3.1 – Automatul Programabil cu modulele de intrare/ieșire

Page 14: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL III

10

3.2 Convertizoare de frecvență

Am folosit două convertizoare de frecvență, ambele din gama Moeller, de puteri diferite.

- Moeller DV51-322-2K2

Este un convertizor cu o putere de 2.2kW, cu o precizie de 0.1 Hz. Are o

ieșire analogică pentru 0-10 V și două intrări analogice, una pentru domeniul 0-9.6 V, cealaltă pentru 4-19.6 mA. Utilizatorul poate configura modul de funcționare pentru 6 intrări digitale ce funcționează cu tensiune de până la

27V. Convertizorul mai dispune și de 2 ieșiri digitale, tot în tensiunea de max. 27V.

Pe fața acestuia se găsește și tastatura DEX-KEY-6, ce conține 4 butoane pentru setarea parametrilor, două butoane pentru pornire/oprire, un display

cu 4 caractere, 8 LED-uri pentru indicarea stărilor și un potențiometru. (Eaton, 2001)

- Moeller DV5-322-055

Asemănător cu cel anterior, convertizorul DV5-322-055 face parte tot din

gama Moeller. Acesta are o putere mai mică, de 0.55 kW și o configurație de ieșiri și intrări asemănătoare. (Eaton, 2001)

Figura 3.2 – Convertizor Moeller DV51-322-2K2

Figura 3.3 – Convertizor Moeller DV5-322-055

Page 15: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL III

11

3.3 Pompa de apă

Pompa de apă este produsă de către DAB.

Are 3 setări diferite pentru modul de funcționare, dar pentru acest proiect am folosit modul cu puterea cea mai mică, neavând nevoie de un debit foarte

mare pentru cantitatea de lichid folosită. În modul folosit, are 1030 de rotații pe minut, o putere de 49W și un curent

de 0.23 A.

3.4 Ansamblul suflantă – radiator

Acest ansamblu este realizat de un radiator constituit dintr-o serpentină de

apă (asemănător cu cele folosite pentru încălzirea habitaclului automobilelor) și o suflantă amplasată pe lateralul său, pentru a o răci.

Figura 3.4 – Pompă de apă

Figura 3.5 – Ansamblul radiator-suflantă

Page 16: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL III

12

3.5 Relee și siguranțe

In proiect sunt folosite două relee Schneider RXM2AB18D.

Siguranțele sunt marca Eaton (Moeller). Două dintre ele sunt pentru alimentarea cu curent alternativ, prima pentru un curent de până la 16A, cea de-a doua până la 6A, iar cea de-a 3-a este pentru alimentarea cu 24V curent

continuu, din sursa automatului. Aceasta este pentru intensități de până la 2A.

Figura 3.6 – Relee

Figura 3.7 – Schneider RXM2AB18D

Figura 3.8 - Siguranțe

Page 17: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL III

13

3.6 Senzori

- În cadrul proiectului am folosit un senzor pentru măsurarea

temperaturii PT-100, legat la un transmitter de la iTEMP, TMT181, capabil să măsoare temperaturi între 0 și 150°C.

- Pentru măsurarea distanței am folosit un senzor laser de la IFM,

modelul O1D100. Acesta are distanța de măsurare între 0.2 – 10m. Se alimentează între 18 –

30 V curent continuu și are o durată de viață de 50.000h.

Are două ieșiri, una digitală ce poate fi programată să scoată un semnal 1 în momentul în care s-a depășit o distanță prestabilită, și una analogică programabilă să funcționeze în 0-10V sau 4-20mA. Acesta are și un display cu

4 caractere, două butoane, două LED-uri galbene și un LED verde folosite pentru a-l programa și pentru a vedea starea în care se află. (ifm electronic

gmbh, 2010) Deoarece senzorul este laser și nu se reflectă la suprafața apei, a fost nevoie

și de folosirea unui material plastic care să plutească în rezervor.

3.7 Cană cu încălzitor

Proiectul conține o cană prevăzută cu o rezistență electrică, pentru încălzirea

lichidului. Aceasta are o putere de 2400W.

Figura 3.9 – iTEMP TMT181 Figura 3.10 – PT100

Figura 3.11 – Senzor poziție O1D100 (lateral) Figura 3.12 – Senzor poziție O1D100 (frontal)

Page 18: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL IV

14

CAPITOLUL IV

Implementarea Software

4.1 Programul

4.1.1. Citire și scalare senzori Datorită faptului că am ales ca soluție un automat din gama Allen Bradley,

aplicația folosită pentru a scrie programul este RSLinx500. Aceasta este produsă de către Rockwell și facilitează scrierea unui cod pentru

automate programabile în limbaj Ladder.

Pentru început, am achiziționat date de la senzorul de temperatură (folosind instrucțiunea MOV). Acesta funcționează în standardul 4-20mA, iar intrările analogice sunt pe 14 biți, ceea ce înseamnă că

valorile vor fi cuprinse între 3276.8 și 16384. Pentru a putea folosi informațiile mai ușor, am scalat valoarea primită în grade

celsius, 3276.8 corespunzâd valorii de 0°C, iar 16384 celei de +150°C.

Pentru setpoint, am efectuat operațiunea inversă, pentru a putea introduce valoarea în grade.

Aceeași procedură am folosit-o și pentru scalarea

senzorului de poziție, pentru a afla nivelul apei din rezervor. În urma citirii distanței până la nivelul apei, am comparat această

valoare cu o distanță fixă, pe care dacă o depășește se setează un bit 0.

Bitul este condiție pentru funcționarea sistemului, deci în

situația în care acesta devine 0, toate utilajele se opresc și se

generează o alarmă pentru a informa utilizatorul că rezervorul este gol.

Figura 4.1 – Scalare Temperatură

Figura 4.2 – Scalare Distanță

Figura 4.3 – Protecție rezervor gol

Page 19: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL IV

15

4.1.2. Controllere

Pentru implementarea controllerelor PI, am folosit instrucțiunea PID a

programului. Parametrii blocului i-am identificat experimental prin metoda Ziegler-Nichols.

Ca valoare de referință am folosit variabila în care se afla rezultatul scalării setpoint-ului, iar valoarea de controlat am salvat-o într-o altă variabilă, pe care am folosit-o pentru a scala ieșirea. Blocul PID poate scoate o ieșire pe 14 biți, iar placa

de ieșiri funcționează pe 15 biți.

Pentru procesul de încălzire generarea erorii se face scăzând valoarea ieșirii din cea a referinței, iar pentru partea de răcire se scade referința din ieșire.

Figura 4.4 – Controller PI

Odată scalate, comenzile de la regulatoarele PI sunt trimise spre

convertizoarele de frecvență prin ieșirile analogice, dar pentru ca acestea să pornească, trebuie activate releele, lucru pentru care am folosit ieșiri digitale.

Din motive de materiale, nu am putut folosi relee decât pentru un convertizor

și pentru pompa de recirculare și de aceea convertizorul pentru rezistența de încălzire se pornește manual odată cu instalația și modul său de funcționare se

reglează numai din comandă.

Codul ladder poate fi văzut integral în cadrul anexei B, împreună cu lista de variabile și adrese folosite.

Page 20: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL IV

16

4.1.3. Interfața grafică Interfața grafică cu utilizatorul este realizată în

aplicația RSView32. Aceasta este o aplicație specifică automatelor Allen Bradley, ce facilitează realizarea

interfețelor într-un mod cât mai accesibil și asemănător cu mediile de programare orientată pe obiecte.

Tabul “Edit Mode” din aplicație ne permite modificarea

mai multor parametri cum ar fi: interfața de comunicație (channel), nodul la care se află automatul pe care rulează programul, setări pentru securitate,

loguri, acțiuni pe care programul să le execute la rulare, taguri etc.

În secțiunea Graphics se poate selecta Displayul în care se vor introduce elemente

(echivalent Form-ului din Visual Studio).

Din Library se pot alege diferite elemente necesare cum ar fi

butoane, casete text, dar și alte simboluri, animații, grafice, tool-uri orientate direct pe mai multe

secțiuni din industrie (cum ar fi transport, electronică, chimie, etc.).

Se pot face și alte setări, cum ar fi Alarme, Loguri și setări pentru control.

În secțiunea Visual Basic Editor se editează un script visual basic, care apoi poate fi asociat unui

eveniment (secțiunea Events) pentru a se executa ori de câte ori se îndeplinește condiția pentru acel eveniment.

Am folosit acest lucru pentru a implementa o

procedură care odată pe secundă analizează un fișier în care se salvează setpoint-ul de temperatură în cazul în care acesta este setat din aplicația Android

creată pentru acest lucru.

Figura 4.5 – RSView Edit Mode

Figura 4.6 – RSView Logic and Control

Page 21: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL IV

17

Datorită faptului că aplicația este destul de simplă, nu necesită analiza multor

componente și nu conține foarte multe variabile, aceasta se poate realiza într-un singur Display.

Acest Display principal conține o realizare schematică a procesului, un grafic și o casetă pentru afișarea alarmelor.

Ansamblul instalației este animat în funcție de starea lui, pompa de recirculare și ventilatorul de răcire din imagine schimbându-și culoarea după următorul cod: roșu

în situație de avarie, albastru în situația în care sunt disponibile, dar nu sunt pornite și verde în situația în care acestea sunt în stare de funcționare.

Rezervorul se animează în funcție de nivelul de lichid, iar nivelul efectiv este afișat deaspura senzorului de distanță. De asemenea, temperatura măsurată este afișată

lângă sonda de temperatură introdusă în rezervor. Pentru a simboliza și conexiunea lor, acestea sunt legate la un automat programabil.

În centrul Displayului, sus, se află un câmp text în care se poate introduce temperatura dorită de către utilizator. Scriptul Visual Basic este programat să

folosească drept setpoint valoarea cea mai recent introdusă, între cea de pe interfața grafică și cea din aplicația Android.

Graficul este importat din librărie și apoi configurat pentru acest proiect. Timpul de pe axa X a fost modificat la 600 de secunde datorită faptului că procesul de reglare

temperatură este unul foarte lent. Pe grafic apar 4 mărimi, acestea fiind referința

Figura 4.7 – RSView Main Display

Page 22: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL IV

18

(verde), ieșirea (roșu), comanda de răcire (albastru) și comanda de încălzire (portocaliu). Graficul mai dispune și de câteva butoane, pentru zoom pe fiecare dintre axe, navigare stânga dreapta pentru a vedea înregistrările mai noi/vechi,

buton pentru pauză/resume în timpul funcționării pentru a putea observa anumite valori înainte ca acestea să se schimbe, reset la mărimile inițiale ale axelor și două

butoane de deplasare sus jos. Pentru a efectua comunicația între această interfață și programul propriu zis, am

creat mai multe tag-uri asociate cu diferite variabile din programul ladder. Acestea sunt următoarele:

4.1.4. Controlul de la distanță

Având în vedere evoluția tehnologiei în domeniu, apariția “caselor inteligente” și folosirea din ce în ce mai frecventă a smartphone-urilor, multe persoane sunt interesate de posibilitatea de a-și controla temperatura din casă, depozit, seră sau

orice altă incintă direct de pe telefonul mobil, de oriunde s-ar afla.

Automatul programabil folosit nu are comunicație Ethernet, dar totuși o soluție de control de la distanță se poate implementa atâta timp cât acesta are un calculator conectat prin interfața serial.

Cu scopul de a demonstra acest lucru, am realizat o aplicație simplă pentru setarea temperaturii dorite prin intermediul unei tablete sau unui telefon cu sistem

de operare Android. Aplicația este pur demonstrativă (nu este una complexă) și i se pot aduce foarte multe îmbunătățiri, dar acest lucru iese din aria automatelor programabile și sistemelor de reglare.

Tabel 2 – Taguri RSView

Page 23: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL IV

19

4.1.4.1. Client

Programul client este realizat pentru platforma Android. Ca interfață

acesta este foarte simplu, conține un text ce spune utilizatorului să introducă temperatura dorită, un scroll-bar de care acesta poate trage pentru a crește/scădea temperatura, un alt text care arată

valoarea la care se află cursorul pe scroll-bar și un buton pentru a trimite valoarea către server.

Aplicația folosește un Socket de rețea, prin care se transmite un mesaj către un IP stabilit, pe un anume port.

Figura 4.8 – Aplicație Android

Page 24: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL IV

20

4.1.4.2. Server

Pentru a putea recepționa datele trimise de către clientul Android, am implementat și un program server, pentru calculatorul conectat

la automatul programabil. Serverul rulează pe sistemul Windows și este o aplicație scurtă, de

consolă, realizată în Visual Studio C#.

Acesta ascultă pe portul TCP stabilit și în Android și în momentul în care un utilizator al tabletei / telefonului trimite o temperatură,

adresa IP a acestuia este afișată în program, urmată de mesajul trimis. Odată cu acest lucru, temperatura primită se stochează și în fișierul

de unde scriptul Visual Basic din cadrul interfeței citește setpointul.

Atât codul pentru aplicația Client (Android) cât și cel pentru Server

(Windows) se pot găsi în cadrul anexei B.

Figura 4.9 – Aplicație Server

Page 25: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL V

21

CAPITOLUL V

Funcționare, grafice, concluzii, îmbunătățiri ulterioare

5.1 Funcționare

Odată pus în funcțiune, proiectul funcționează după parametrii impuși.

Regulatoarele determinate experimental se comportă bine, și valorile obținute sunt bune, în ciuda componentelor de încălzire/răcire construite și a faptului că este un proces foarte lent.

Timpii de încălzire sunt foarte buni, reușind o încălzire de +20°C în aproximativ un minut. Totuși timpii de răcire variază, datorită faptului că lichidul

este răcit prin serpentina pe unde se recirculă cu aer la temperatura camerei. În scopul folosirii pentru încălzirea unei incinte acesta nu este un lucru rău, deoarece scăderea bruscă a temperaturii necesită o energie (și un cost) mai mare pentru a o

crește din nou. În scopul reglării, un timp de răcire mai îndelungat este un impediment, facilitând un suprareglaj mai mare la creșteri rapide.

Indiferent de acest lucru, instalația se comportă bine, are un timp tranzitoriu între 1 și 3 minute, în funcție de temperatura setată. În cazul unui setpoint la o temperatură sub 40 de grade, apare un suprareglaj, după care

temperatura scade foarte puțin sub cea setată, apoi se stabilizează. În cazul temperaturilor ridicate (peste 60-65°C), suprareglajul la prima oscilație este foarte

scăzut, având în vedere că diferența între temperatura din rezervor și cea din mediul înconjurător este mult mai mare. După acesta apar mai multe scăderi sub valoarea setpointului, dar după ~3

min. procesul se stabilizează și urmărește referința oscilând cu

±2%. La adăugarea altui lichid

cu o temperatură mai scăzută, procesul reacționează destul de

repede și rejectează perturbația, ceea ce înseamnă că îndeplinește cu succes obiectivele reglării.

În figura 5.1, putem

observa că puțin înainte de ora 7:10 s-a introdus o perturbație în sistem. Comanda pentru încălzire a

avut o urcare bruscă (portocaliu), iar temperatura a urcat înapoi la

valoarea setpointului, dar a avut un

Figura 5.1 - Perturbație

Page 26: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL V

22

suprareglaj. Putem observa că în momentul suprareglajului a crescut comanda pentru răcire, iar apoi pe o perioadă de aproximativ 5 minute procesul s-a stabilizat. Menționez că în timpul funcționării când s-a înregistrat acest grafic, temperatura

camerei în care se afla sistemul era de 35°C, acest lucru influențând scăderea de temperatură și crescând timpul tranzitoriu.

Tot odată cu realizarea acestui experiment pentru verificarea rejecției

perturbației, am constatat o probabilă perturbație adițională. Aceasta constă în

temperatura pompei de apă, care după o funcționare continuă pentru o perioadă mai îndelungată crește foarte mult și cred că este posibil ca apa care intră în

radiator să fie la temperatură mai ridicată decât în momentul când iese din rezervor. Nu pot confirma acest lucru, dar am putut observa că răcirea până la 45°C s-a făcut mult mai greu la un anumit moment (după aproximativ o oră de funcționare) decât

o răcire la 35°C la puțin timp după pornirea inițială a instalației. Indiferent de acest lucru, în scopul încălzirii unui spațiu, temperatura

lichidului recirculat trebuie să fie mult mai ridicată față de cea de 45°C, caz în care temperatura pompei nu cred că mai reprezintă o problemă. Testele pe perioade îndelungate la astfel de temperaturi sunt riscante în cazul instalației prezentate, din

cauza materialelor folosite din lipsa altora mai performante (furtunele se înmoaie foarte mult la temperaturi superioare și nu pot fi sigur dacă rezistă nici adezivul care

le leagă la cana de încălzire).

Page 27: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL V

23

5.2 Grafice

În timpul utilizării am înregistrat mai multe grafice pentru a putea observa timpii

tranzitorii, suprareglajele și erorile staționare pe diverse temperaturi.

Se poate observa în figura 5.2 cum ieșirea începe să crească brusc în momentul în care s-a introdus o treaptă la 45°C. Aceasta face un suprareglaj de ~1.5°C, dar în două minute și jumătate putem vedea că oscilează în jurul referinței cu eroare

staționară foarte mică.

Figura 5.2 – Grafic stabilizare 45°C

Page 28: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL V

24

Putem observa în figura 5.3, ce conține graficul din figura 5.2 văzut cu axa Y de la 0 la 100, că eroarea staționară este foarte mică. Ieșirea urmărește aproape perfect

referința de 45°C.

În următoarele două figuri (5.4 și 5.5) putem observa că la temperaturi mai ridicate, sistemul răspunde mult mai bine, datorită faptului că rezistența de încălzire are o putere destul de mare (creșterea se face rapid, 45-60°C în 1 minut și

jumătate, 60-80°C în două minute), iar răcirea nu se mai face cu atâta dificultate, deoarece diferența dintre temperatura aerului din cameră și cea a lichidului din

rezervor este destul de mare, deci schimbul de căldură se va face mult mai rapid.

Figura 5.3 – Grafic eroare staționară

Page 29: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL V

25

Figura 5.4 – Creștere și stabilizare 45-60°C

Figura 5.5 – Creștere și stabilizare 60-80°C

Page 30: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL V

26

Schimbul rapid de căldură între aerul provenit de la suflantă și lichidul din radiator reiese și din următorul grafic. Putem observa că scăderea este logaritmică, pe măsură ce temperatura din vas se apropie de cea a referinței se apropie și de

cea a aerului din cameră, ceea ce face ca schimbul să se facă din ce în ce mai lent.

Figura 5.6 – Scădere logaritmică

Page 31: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL V

27

În figura de mai sus putem vedea cum la temperaturi ridicate (întâi 60°C și

apoi 70°C ) sistemul are un suprareglaj destul de mic și oscilează uniform în jurul

referinței, având o eroare staționară de maxim 0.3°C .

Figura 5.7 – Oscilații uniforme în jurul referinței

Page 32: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

CAPITOLUL V

28

5.3 Concluzii și îmbunătățiri ulterioare În concluzie, aplicația funcționează în parametri normali, îndeplinește

obiectivele reglării și are performanțe bune, în raport cu echipamentele folosite. Interfața este ușor de utilizat de către orice persoană, la fel și cea de control

de la distanță.

În ideea folosirii acestei soluții la o scară mai largă, se pot aduce diverse îmbunătățiri.

Din punct de vedere al funcționării instalației, se pot adăuga mai mulți senzori

ce măsoară temperatura ambientului, pe baza cărora să se poată calcula setpointul temperaturii lichidului (în funcție de volumul spațiului ce necesită încălzirea). În

cazul acestui proiect, folosirea unui astfel de senzor a fost restricționată de lipsa altor intrări analogice în automat.

Senzorul de nivel pentru rezervorul de apă poate fi înlocuit cu unul cu ultrasunete, pentru a înlătura problema nereflectării laserului la suprafață.

Folosind mai multe instrumente, se pot adăuga confirmări și alarme în caz de

avarie pentru diferite componente de pe placă, pentru ca acestea să poată fi monitorizate mai ușor atunci când sistemul nu se află în aceeași cameră cu

utilizatorul. (Exemplu: confirmare de tensiune 220V, confirmare tensiune 24V, etc). Se pot adăuga mai multe lucruri pentru creșterea siguranței la folosirea

echipamentului, cum ar fi siguranțe cu diferențiale, buton de oprire în caz de urgență, etc.

Pentru programul în RSView32 se poate adăuga un formular pentru

modificarea parametrilor PI direct din interfață și o politică cu mai mulți utilizatori cu

privilegii diferențiate. De asemenea se poate configura un log de evenimente, pentru a detecta diverse erori, avarii sau modificări făcute de alți utilizatori.

Din punct de vedere al controlului de la distanță, sunt foarte multe

îmbunătățiri ce se pot adăuga.

În primul rând trebuie modificat atât serverul să trimită informații cât și clientul să recepționeze, pentru a putea primi feedback de la instalație. Astfel se

poate citi temperatura curentă, nivelul, avarii și alte lucruri. Aplicației Android i se pot face modificări pentru a selecta manual IP-ul la care

să se conecteze, astfel oferindu-i posibilitatea de a controla mai multe locații din

același program. De asemenea, serverului i se poate implementa o funcționare pe bază de utilizator și parolă, astfel restricționând utilizatorii ce au acces la controlul

instalației. Pentru utilizatorii avansați, se poate face și o secțiune de unde se pot

modifica parametrii PI, pentru a modifica modul de funcționare.

Page 33: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA A - Schema electrică

29

ANEXE

ANEXA A - Schema electrică

Page 34: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA A - Schema electrică

30

Page 35: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA A - Schema electrică

31

Page 36: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA A - Schema electrică

32

Page 37: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA A - Schema electrică

33

Page 38: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA B – Codul programului

34

ANEXA B – Codul programului LADDER

Page 39: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA B – Codul programului

35

Page 40: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA B – Codul programului

36

ANDROID (Java) package com.example.licenta_beta; import android.app.Activity; import android.os.Bundle; import android.os.StrictMode; import android.os.StrictMode.ThreadPolicy; import android.view.View; import android.widget.Button; import android.widget.SeekBar; import android.widget.SeekBar.OnSeekBarChangeListener; import android.widget.TextView; import java.io.IOException; import java.io.PrintWriter; import java.net.Socket; import java.net.UnknownHostException; public class Main_screen extends Activity { private Socket client; private PrintWriter printwriter; private TextView textField; private Button button; private String messsage; @Override public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main_screen); textField = (TextView) findViewById(R.id.textView2); //reference to the text field button = (Button) findViewById(R.id.button1); //reference to the send button ThreadPolicy tp = ThreadPolicy.LAX; StrictMode.setThreadPolicy(tp); //Button press event listener button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() { public void onClick(View v) { messsage = textField.getText().toString(); //get the text message on the text field try { client = new Socket("192.168.0.100", 4444); //connect to server printwriter = new PrintWriter(client.getOutputStream(),true); printwriter.write(messsage); //write the message to output stream printwriter.flush(); printwriter.close(); client.close(); //closing the connection } catch (UnknownHostException e) {

Page 41: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA B – Codul programului

37

e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }); SeekBar sb = (SeekBar)findViewById(R.id.seekBar1); sb.setMax(100); sb.setProgress(50); sb.setOnSeekBarChangeListener(new SeekBar.OnSeekBarChangeListener() { @Override public void onStopTrackingTouch(SeekBar seekBar) { // TODO Auto-generated method stub } @Override public void onStartTrackingTouch(SeekBar seekBar) { // TODO Auto-generated method stub } @Override public void onProgressChanged(SeekBar seekBar, int progress, boolean fromUser) { TextView tv = (TextView)findViewById(R.id.textView2); tv.setText(Integer.toString(progress)+"°C"); } });

Page 42: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA B – Codul programului

38

ANDROID (XML Interfață) <RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"

xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="match_parent"

android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"

android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"

android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"

android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"

tools:context=".Main_screen" >

<TextView

android:id="@+id/textView1"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_alignLeft="@+id/seekBar1"

android:layout_alignParentTop="true"

android:layout_marginTop="15dp"

android:textSize="15px"

android:textColor="#000000"

android:textStyle="bold"

android:text="Selectati temperatura dorita:" />

<SeekBar

android:id="@+id/seekBar1"

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_below="@+id/textView1"

android:layout_centerHorizontal="true"

android:layout_marginTop="124dp" />

<Button

android:id="@+id/button1"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_below="@+id/seekBar1"

android:layout_centerHorizontal="true"

android:layout_marginTop="96dp"

android:onClick="btnClick"

android:text="Trimite" />

<TextView

android:id="@+id/textView2"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_alignBottom="@+id/seekBar1"

android:layout_alignParentRight="true"

android:layout_marginBottom="38dp"

android:textColor="#000000"

android:textStyle="bold"

android:text=""

android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceLarge" />

</RelativeLayout>

Page 43: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA B – Codul programului

39

APLICAȚIE SERVER (Visual Studio C#) using System.Collections.Generic; using System.Text; using System.Net; using System.Net.Sockets; namespace Server { public class serv { public static void Main() { try { IPAddress ipAd = IPAddress.Parse("192.168.0.100"); TcpListener myList = new TcpListener(ipAd, 4444); myList.Start(); Console.WriteLine("Serverul ruleaza pe portul 4444..."); Console.WriteLine("Adresa locala de IP este: " + myList.LocalEndpoint); Console.WriteLine("Se asteapta o conexiune....."); m: Socket s = myList.AcceptSocket(); Console.WriteLine("Conexiune acceptata de la " + s.RemoteEndPoint); byte[] b = new byte[100]; int k = s.Receive(b); char cc = ' '; string test = null; Console.WriteLine("Primit..."); System.IO.StreamWriter file = new System.IO.StreamWriter("c:\\temp.txt",false); for (int i = 0; i < k - 1; i++) { Console.Write(Convert.ToChar(b[i])); cc = Convert.ToChar(b[i]); test += cc.ToString(); } int a; if (b[1] >= 46 && b[1] <= 57 ) { a = 2; } else a = 1; for (int i = 0; i < a; i++) { file.Write(Convert.ToChar(b[i])); } file.Close(); switch (test) { case "1": break;

Page 44: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA B – Codul programului

40

} ASCIIEncoding asen = new ASCIIEncoding(); s.Send(asen.GetBytes("Serverul a primit datele.")); s.Close(); Console.WriteLine("\n"); goto m; myList.Stop(); Console.ReadLine(); } catch (Exception e) { Console.WriteLine("Error..... " + e.StackTrace); } Console.WriteLine("Apasati ESC pentru a iesi"); do { while (!Console.KeyAvailable) { // orice } } while (Console.ReadKey(true).Key != ConsoleKey.Escape); } } }

Page 45: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

ANEXA B – Codul programului

41

SCRIPT VISUAL BASIC (RSView32)

Sub online_control() Dim fisier As String Dim fso As New FileSystemObject Dim ts As TextStream fisier = "c:\temp.txt" Dim strOutput As String Set ts = fso.OpenTextFile(fisier) If (RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value <> ts.ReadLine) And (RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value <> RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_temp").Value) Then RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_temp").Value = RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value ts.Close Set ts = fso.OpenTextFile(fisier, ForWriting) ts.Write (RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value) ts.Close Else ts.Close End If Set ts = fso.OpenTextFile(fisier) Dim abc As String abc = ts.ReadLine If (RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value <> abc) Then ts.Close Set ts = fso.OpenTextFile(fisier) If (ts.ReadLine <> RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_temp").Value) Then RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_temp").Value = abc RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value = abc ts.Close Else ts.Close End If End If End Sub

Page 46: LUCRARE DE LICENȚĂacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Licenta2.pdftemperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci randamentul nominal al centralei

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului de la distanță, folosind un automat programabil

BIBLIOGRAFIE

42

BIBLIOGRAFIE

Costică Nitu, E. P. (2011). Sisteme distribuite de conducere. București: Ed. Matrixrom.

Dumitrache, I. (2005). Ingineria Reglării Automate. București: Editura Politehnica Press.

Eaton. (2001). ftp.moeller.net. Preluat de pe

ftp://ftp.moeller.net/DOCUMENTATION/AWB_MANUALS/h1414g.pdf Energy.gov. (2012, Mai 7). Energy.gov. Preluat de pe

http://energy.gov/energysaver/articles/solar-water-heaters Experterm. (fără an). Experterm.ro. Preluat de pe www.Experterm.ro:

http://www.experterm.ro/recomandari/recomandari/centrale-termice-in-

condensatie.-moda-sau-necesitate.html ifm electronic gmbh. (2010, 10 05). Ifm. Preluat de pe www.ifm.info:

http://ifm.info/ifm/ifmgb/web/dsfs!O1D100.html Pătrașcu, M., & Voinescu, M. (2011). Ingineria Reglării Automate - Îndrumar de

laborator. București: Politehnica Press.

Rockwell Automation. (2008, Martie). Retrieved from http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/

1747-in009_-en-p.pdf Termosolare. (fără an). www.termosolare.ro. Preluat de pe

http://www.termosolare.ro/content/12-rentabilitate-sisteme

Wikipedia. (2012, Martie 15). Wikipedia. Preluat de pe www.wikipedia.org: http://ro.wikipedia.org/wiki/Central%C4%83_termic%C4%83_de_perete

Wikipedia. (2013, Aprilie 20). www.wikipedia.org. Preluat de pe http://en.wikipedia.org/wiki/Ziegler%E2%80%93Nichols_method


Recommended