Sisteme de Reglare a Debitului

Capitolul 1

Introducere

Obiectul lucrării de fata îl reprezintă Studiul și proiectarea unui sistem de reglare a debitului, în sensul elaborării unei aplicații de control și de monitorizare a unui proces folosind pachetul de programe Matlab/Simulink.

Pentru măsurarea parametrilor de proces, standul este dotat cu traductoare de semnal (pentru măsurarea debitului și a nivelului) care au posibilitatea de transmitere a semnalului analogic (4-20mA) dar și de afișare locală a parametrilor.

În locul regulatoarelor clasice, instalația este conectată la un sistem de conducere, cu o placă de achiziție de date produsă de firma Keithley Instruments și un calculator de proces.

Instalația de automatizare aferentă cuprinde:

-aparatură locală (un tablou de alimentare, traductoare, manometre, pompa);

-sistem de conducere bazat pe echipamente cu logică programabilă;

-cabluri și materiale de montaj.

Proiectul de față are următoarea structură:

-Capitolul 2 conține o scurtă descriere a structurilor de reglare a debitului cunoscute;

-Capitolul 3 conține o descriere generală a echipamentelor folosite în lucrare, schema bloc a instației, schema electrică a sistemului de comandă realizat;

-Capitolul 4 conține descrierea pachetului de programe Matlab/Simulink, programul realizat pentru reglarea debitului în instalație și grafice cu raspunsul sistemului condus.

Capitolul 2

Sisteme de reglare a debitului

2.1 Structuri de reglare a debitului. Considerente teoretice

Structura de reglare automată a debitului depinde atât de caracteristica statică a sursei de presiune, cât ș de motorul care antrenează sursa respectivă.

În figura următoare sunt prezentate diferite tipuri de structuri de reglare automată a debitului.[3]

Fig. 2.1. Tipuri structurale de reglare a debitului

Structura din figura 2.1 a este specifică surselor de presiune care au caracteristica statică elastică (pompele centrifuge) iar structurile din Figura 2.1 b,c,d se pot aplica atât în cazul surselor cu caracteristica elastică, cât și în cazul acelora care au caracteristica de tip rigid așa cum sunt pompele volumice.[3]

Descrierea elementelor prezentate in figura 2.1 :

FT – traductor de debit

FC – regulator de debit

T – turbină cu abur

VV – variator de viteză (convertizor static de frecvență)

M – motor asincron

SP – sursă de presiune (pompă centrifuga sau volumică b,c,d)

Pa – presiunea de aspirație

P0 – presiune de refulare

Pv – presiunea la consumator

Pr – căderea de presiune pe robinet

Pc – căderea de presiune pe conductă

Caracteristica statică a pompei centrifuge se exprimă prin relația :

Pp = b11n2 + b12nQ – b13Q2

Coeficienții b11, b12, b13 sunt strict pozitivi, n reprezintă turația pompei iar Q debitul de fluid. Punctul de funcționare al sistemului hidraulic pompă-conductă-robinet se află la intersecția caracteristicii pompei cu caracteristica conductei și a robinetului de reglare care în regim de curgere turbulentă se exprima prin relația:

Pc+RR = Pv + b22Q2 în care b22>0;

Fig. 2.2. Caracteristicile statice ale pompelor și ale subsistemului conductă – robinet de reglare.

2.2 Traductorul de debit

Unul dintre cei mai raspândiți senzori cu strangulare este cel de tip diafragmă. Diafragma este un disc metalic cu un orificiu circular (în majoritatea cazurilor centrat), acest orificiu (diafragma) se introduce pe tronsonul de conductă perpendicular pe direcția de curgere a fluidului.

Montajul efectiv al diafragmei se poate face între flanșe sau în camere de măsură. În amonte și în aval față de diafragmă, exista ștuțuri pentru prelevarea presiunilor statice aferente P1 si P2.Cunoscând căderea de presiune pe diafragmă :

ΔP = P1 – P2;

debitele volumic respectiv masic se pot calcula cu ajutorul relațiilor de mai jos:

; ;

unde:

α- este coeficient de debit (adimensional);

A0 – aria orificiului diafragmei (m2);

Δp – cadere de presiune pe diafragmă;

d-diametrul interior al diafragmei.

Fig 2.3. Elemente ale senzorului de debit tip diafragmă: a – schema principială de montaj a diafragmei între flanșe; b – vedere frontală a diafragmei; c – variația presiunii statice în zona diafragmei; mărimile asociate elementului de debit tip diafragma (EDD) ; e – caracteristica statică a EDD; D – diametrul interior al conductei; d – diametrul orificiului diafragmei; P1 – presiunea înaintea diafragmei; P2 – presiunea după diafragmă; Q – debitul; ΔP – diferența de presiune (P1-P2).

După cum se observă din figura 2.3 e, caracteristica statică, respectiv dependența ΔP=f(Q), este neliniară (parabolică).

În ceea ce privește adaptorul, pentru senzorul tip diafragma, acesta convertește variațiile de presiune diferențială în variații de curent. Pentru compensarea neliniarității sistemului de măsurare a debitului se introduce extractorul de radical, element care prezintă o caracteristică statică de nelinearitate inversă față de cea a sistemului de măsurare.[6]

Compensarea nelinearității semnalului în cazul sistemului de fată este realizată în interiorul traductorului cu ajutorul unui modul de extragere a rădăcinii pătrate.

2.3 Dinamica procesului de transport

Pentru determinarea modelului matematic dinamic al procesului considerăm sistemul hidraulic din figura 2.8.[3]

Fig. 2.4. Schema hidraulică asociată sistemului de reglare debit

Pe conducta sunt dispuse: sursa de presiune, diafragma traductorului de debit si de asemenea am evidențiat diferența de nivel H. Cu Pa,Po si Pv sunt notate presiunile de aspirație, refulare și de la capătul conductei. Considerăm că lichidul transportat se află la temperatura constantă. [3]

Legea conservării impulsului are forma:

unde : m este masa lichidului în Kg;

este viteza lichidului în m/s;

i este forța care acționează asupra sistemului într-un punct al conductei

Proiecția pe axa orizontală a acestei relații vectoriale în ipoteza că m = constantă este:

unde: A – este aria transversală a conductei:

A*ΔP =A*(Po-Pv) – este forța motoare aplicată masei de fluid din conductă;

A*ΔP = A*ρ* Q2/ KL2 – este forța asociată rezistenței hidraulice a conductei și în interiorul sursei;

A*ρ*g*H – este forța hidrostatică asociată diferenței de nivel.

m = L*A+ρ – este masa de fluid de pe lungimea L a conductei;

;

Ținând cont de acestea, ecuația de echilibru devine:

Aplicând dezvoltarea în serie Taylor în jurul punctului de funcționare (P00, Pv0, KL0, Q0) obținem:

unde

și Q0(N) = b1+b2*N0 cu b1 = -5.788 și b2 = 0.0158

k1 reprezintă constanta de timp a procesului.

Pentru sistemele automate de reglare a debitului se folosește în mod curent algoritmul de reglare PI. Componenta P asigură rapiditatea în elaborarea comenzii iar componenta I asigură o eroare staționară nula, element important în cazul transportului unor cantități bine determinate de materii prime energie și produse. [3]

Acordarea optimală a buclei de reglare a debitului conduce la valori relativ mici ale amplificării regulatorului Kp=0.5-1 și de asemenea valori mici pentru constanta de integrare Ti=2-20 s.

Deoarece sistemul de reglare automată a debitului are în ansamblu o inerție mică, mai ales când elementele de automatizare sunt electronice, acesta este sensibil la perturbații cu frecvență mare, egală cu ordinul de mărime al zgomotului datorat vibrațiilor introduse de pompă și de curgerea turbulentă. Din această cauză în buclele de reglare a debitului nu se pot utiliza algoritmi de reglare care conțin componentă derivatoare. [3]

Capitolul 3

Elementele componente ale sistemului de reglare a debitului studiat

Descrierea componentelor

Componentele folosite în realizarea sistemului de reglare a debitului pentru instalația folosită sunt următoarele:

Placa de achiziții date Keithley Instruments KUSB-3100

Modul conversie U/I

Releu intermediar

O rezistența

Un condensator

Modulul Keithley Instruments KUSB-3100

KUSB-3100 este un modul USB ce oferă multiple posibilități economice de achiziție de date. Aceasta interfață este prevăzută cu 8 intrări analogice având o rezoluție de 12-bit, 2 ieșiri analogice pe 12-bit ±10V, 16 canale digitale de intrare/ieșire și 1 counter/timer.

Fig. 3.1. Interfața KUSB-3100.

Conectarea cu calculatorul se realizează prin intermediul unui singur cablu USB, care asigură atât alimentarea interfeței cât și semnalul de conectare. Modulul KUSB-3100 este compatibil cu USB 2.0 si 1.1, putând fi instalat și scos din funcțiune în timp ce calculatorul este pornit.

Modul de conversie U/I

Acest modul este folosit pentru conectarea ieșirii analogice din interfața KUSB-3100, care oferă valori în intervalul 1…5 V, cu intrarea convertorului electro-pneumatic al robinetului de reglare aflat în instalație care este comandat prin 4…20 mA.

Releu intermediar

Releul intermediar are ca scop pornirea sau oprirea pompei de apă din instalație. Acesta este comandat prin o ieșire analogică a interfeței KUSB-3100 care oferă 1…5 V. Releul intermediar este normal deschis și închide circuitul la o tensiune mai mare de 2.9 V. Pentru siguranță, el este comandat cu 0 V pentru oprirea pompei, respectiv 3.5 V pentru pornirea pompei.

Rezistența

Rezistența este folosită pentru a lega ieșirea traductorului de debit, care are valori în intervalul 4…20 mA, la intrarea analogică a interfeței KUSB-3100 care suportă ± 10 V. Pentru a lucra cu valori în intervalul 1…5 V, rezistența a fost aleasă de 250 Ω, toleranță 1% cu o putere de 0,25 W.

Fig. 3.2. Rezistența 250 Ω.

Condensator

Condensatorul este conectat de la ieșirea traductorului de debit la intrarea analogică a interfeței KUSB-3100 pentru a filtra semnalul recepționat. Condensatorul a fost ales cu o capacitate de 100 µF, tensiune maximă de 10 V curent continuu.

Fig. 3.3. Condensator 100 µF

3.1 Descrierea instalației

În acest subcapitol vor fi prezentate pe scurt elementele componente ale instalației folosite pentru demonstrarea funcționalității programului de reglare a debitului.

Fig. 3.4. Schema izometrică a instalației

Elementele prezente în instalație sunt:

SP: sursă de presiune (pompă centrifugală);

FT: traductor de debit;

FC: regulator de debit;

RR: robinet de reglare ;

R1, R2, R3, R4: robinete de izolare;

Qi: debitul de referință;

Q: debitul pe conductă.

În continuare voi prezenta elementele componente ale instalației folosite în reglarea debitului și caracteristicile acestora.

Pompa centrifugală:

Principalele caracteristici ale pompei utilizate sunt: Q = 12 m3/h; P = 4 kW; n = 3000 rot/min; H = 30 m;

Robinet de reglare cu acționare pneumatică de tip Fisher

Robinetul de reglare îndeplinește, în instalație, rolul de element de execuție și este utilizat cu un convertor electro-pneumatic, cu traductor de poziție inteligent, configurabil cu comunicare Hart si poate fi vizionat în imaginea următoare:

Fig. 3.5. Robinet de reglare cu acționare pneumatică de tip Fisher

Pentru dinamica elementelor de execuție, un câștig important a fost dat de convertorul electro-pneumatic de tip Fieldvue (Figura 3.6) care are rol principal în eliminarea histerezis-ului si reducerea constantei de timp a servomotorului.

Fig. 3.6. Convertor electro-pneumatic de tip Fieldvue

Traductorul de debit Rosemount seria 2051CF

Traductorul Rosemount seria 2051CF (Figura 3.7) este un sistem de monitorizare a curgerii conceput pentru control în circuit închis și aplicații ce au ca scop monitorizarea generală.

Conceput pentru a fi instalat între oricare flanșe cu canal si pană, traductorul dispune de o instalare economică și directă într-un sistem complet care vine preasamblat, calibrat, testat la presiune și gata de instalat.

Traductorul Rosemount seria 2051CF este ideal pentru măsurări volumetrice a lichidelor relativ curate, de asemenea pentru gaz și abur. Măsurările sunt repetabile si precise. Oferă măsurători de presiune diferențială, are o precizie de 0.075% , folosește software avansat și funcționează cu un semnal de 4…20mA bazat pe comunicarea Hart, Low Power Hart sau Foundation fieldbus.

Fig. 3.7. Traductorul Rosemount seria 2051CF

Fig. 3.8. Schema SRA debit

În schema sistemului (Figura 3.8) sunt prezentate elementele componente ale sistemului de reglare a debitului și legăturile dintre acestea.

Modulul de achiziție date KUSB-3100 preia măsura traductorului de debit. În același timp el trimite aceasta măsură calculatorului pentru a fi ulterior procesată cu ajutorul programelor software folosite și trimite comanda robinetului de reglare cu acționare pneumatică pentru a modifica debitul pe conductă.

Cu ajutorul acestui modul de achiziție de date este comandată de calculator pornirea sau oprirea pompei de apă prin intermediul releului intermediar normal deschis.

În figura 3.9 este reprezentată schema electrică a sistemului de reglare a debitului.

Fig. 3.9. Schema electrică

Capitolul 4

Implementarea sistemului de reglare a debitului

4.1 Mediul de simulare SIMULINK

MATLAB este un pachet de programe de înaltă performanță, dedicat calculului numeric și reprezentărilor grafice în domeniul științei și tehnici. Una dintre aplicațiile specifice versiunii 7.0 al mediului MATLAB este SIMULINK. Acest pachet de programe este utilizat pentru simularea matematică a sistemelor dinamice cu ajutorul unor elemente dinamice fundamentale. [4]

Lansarea în execuție a mediului SIMULINK

Mediul SIMULINK poate fi activat prin intermediul mediului MATLAB, în două moduri:

1. Se face click pe icona Simulink , din bara de instrumente a mediului Matlab;

2. Din mediul Matlab, în linia de comanda se editează comanda simulink și se execută (Figura 4.1).

Fig. 4.1. Lansarea în execuție a mediului SIMULINK, utilizând comanda simulink.

În urma acțiunii uneia din comenzile specificate anterior, este lansat în execuție mediul SIMULINK. Pe ecran se va deschide o fereastră ce conține componentele aflate în biblioteca SIMULINK, figura 4.2.

Fig. 4.2. Biblioteca mediului Simulink.

Pentru construirea unei diagrame se vor selecta comenzile New, Model din mediul de comenzi File al mediului Simulink (Figura 4.3). În urma execuției acestei acțiuni, pe ecran se va deschide o fereastră destinată construirii și simulării diagramelor, ilustrată în figura 4.4. [4]

Fig. 4.3. Lansarea în execuție a ferestrei de construire a unei diagrame.

Fig. 4.4. Imaginea ferestre diagramei destinată construiri și simulării diagramelor.

Prezentarea componentelor din biblioteca Simulink

Biblioteca mediului Simulink (Library Simulink) conține un set componente destinate realizării unor operații elementare, având semnificație matematică sau de natura generării și prelucrării semnalelor (Figura 4.5). Semnificația celor mai utilizate componente din bibliotecă sunt prezentate în tabelul 1. [4]

Tabelul 1 Semnificația celor mai utilizate componente din biblioteca SIMULINK

La rândul ei fiecare componentă conține un set de instrumente. Dacă se va executa dublu-click pe oricare dintre componentele din bibliotecă, în partea dreaptă a ferestrei din figura 4.2 vor apare instrumentele componentei respective (Figura 4.5).

Fig. 4.5. Instrumentele componenței Sinks.

4.2 Realizarea programului de reglare a debitului utilizând mediul Simulink

În următorul subcapitol este prezentată structura programului de reglare a debitului în instalație folosind mediul de simulare Simulink și modul de realizare al acestuia.

Fig. 4.6. Programul pentru reglarea debitului

În figura 4.6. este prezentat programul de reglare a debitului și componentele folosite cum ar fi:

Măsură de la traductorul de debit;

Regulator Debit;

Pornirea/Oprirea pompei;

Comandă către robinetul de reglare;

Filtrul;

Blocul Conversie;

Blocuri Constante;

Blocul saturație;

Grafic măsură, referință, comandă;

Blocuri Spații de lucru (Workspace).

Aceste module vor fi prezentate pe scurt în continuare.

Blocul Măsură de la traductorul de debit

Acest bloc preia măsurătorile obținute de la regulatorul de debit prin placa KUSB-3100. Blocul trebuie ințializat cu parametrii specifici pentru a prelua aceste masuri din placa de achiziție pe intrările analogice ale acesteia (exemplu ai0) cum se observă și în figurile 4.7 și 4.8. Pentru achiziția datelor, blocul folosește comanda getsample(ai0) care preia datele măsurate. Comanda addchannel(ai0,6) realizează legătura cu canalul pe care este conectat semnalul de la traductor.

Fig. 4.7. Inițializarea intrare analogică

Fig. 4.8. Inițializare parametrii

Blocul Regulator Debit

Acest bloc realizează reglarea propriu-zisă și se pot modifica parametrii reglării (Kp, Ti, Td) astfel încât sistemul să funcționeze după dorința operatorului.

Fig. 4.9. Parametrii regulatorului de debit

Construirea blocului reglare debit s-a realizat cu ajutorul componentelor aflate în biblioteca mediului Simulink după structura regulatorului de debit aflat ca bloc standard în biblioteca unei versiuni mai noi de Simulink. Am folosit această metodă deoarece placa de achiziții KUSB-3100 este compatibilă cu versiunea mai veche (Matlab 7.0.1, Simulink 6.1). Schema regulatorului este prezentată în figura 4.8. Se observă că față de structura standard a fost modificată constanta de integrare astfel încât să poate fi introdusă direct valoarea lui Ti la parametrii regulatorului (prezentați în figura 4.9.).

Fig. 4.10. Regulator Debit

Acest bloc implementează algoritmul PID sub forma:

unde:

c – valoarea curentă a comenzii;

c0 – valoarea comenzii în absența abaterii;

Kp – factor de proporționalitate;

Ti – constantă de timp de integrare;

Td – constanta de timp de derivare.

Blocul Pornirea/Oprirea Pompei

Acest bloc preia comanda de la două blocuri de constante 0, respectiv 3.5, legate la un bloc comutator, cu scopul de a porni sau opri pompa de apă. Acest bloc este de asemenea inițializat cu un set de constante cu scopul de a genera date către placa de achiziții KUSB-3100 pe o ieșire a acesteia. Pentru generarea datelor, blocul folosește comanda putsample(ao1) care trimite valorile pe ieșirea analogică 1 a plăcii.

Fig. 4.11. Inițializare ieșire anlalogică

Fig. 4.12. Inițializare parametrii

Blocul Comandă către robinetul de reglare

Blocul Comandă către robinetul de reglare trimite valori robinetului de reglare prin ieșirea analogică 0 a plăcii KUSB-3100 folosind comanda putsample(ao0). De asemenea trebuie inițializat cu parametrii specifici pentru a realiza conexiunea cu placa de achiziție.

Fig. 4.13. Inițializare ieșire analogică folosită pentru comanda robinetului de reglare

Fig. 4.14. Inițializare parametrii

Filtrul

Blocul filtru este realizat pentru a micșora amplitudinea semnalului măsurat și a obține o măsurare cât mai exactă. Acesta face media aritmetica a valorilor precedente, exemplul este prezentat în figura 4.15.

Fig. 4.15. Efectul filtrului

Blocul Conversie

Realizează conversia între două tipuri de unități pentru care se specifică domeniile de variație. Pentru acest program, realizează conversia din 1…5 V in 0…100%.

Fig. 4.16. Parametrii blocului de conversie (min_int, max_int – domeniul intrării, min_ies, max_ies – domeniul ieșirii)

Fig. 4.17. Structura blocului de conversie

Fig. 4.18. Componenta Amplificare

Fig. 4.19. Componenta constantă

Blocul Saturație

Blocul saturație setează limitele inferioare și superioare ale semnalului care intră. Limita superioară a acestuia este de 0% respectiv cea superioară de 100%.

4.3 Investigarea sistemului de reglare

Acordarea parametrilor regulatorului PI am realizat-o după ce am urmărit dinamica procesului în regim manual aplicând mărimii de comandă trepte de 10% în ambele sensuri și am obținut o durata a regimului tranzitoriu de aproximativ 6 s.

Fig. 4.20. Dinamica procesului în regim manual

Pentru calcularea parametrilor de acordare ai regulatorului s-au folosit 2 metode de calcul:

Metoda de acordare Cîrtoaje;

Metoda de acordare Skogestad.

A. Metoda de acordare Cîrtoaje.

Pentru această metodă am folosit relațiile:

; ; ;

unde Ttr95 reprezintă durata regimului tranzitoriu calculat la 95% din valoarea variației măsurii pentru modificarea treaptă a comenzii.

Au fost obținuți diverși parametri de proces (Kproces si Ttr) pe domeniile de variație prezentate în figura 4.20. Aceștia au condus la obținerea unor parametri de acordare (Kp si Ti) pe domeniile menționate. Deoarece valorile obținute nu difereau foarte mult, s-a realizat o medie a acestora.

; ; ;

Fig. 4.21. Evoluția ieșirii la modificare treaptă a referinței (Kp=0.89, Ti=2.6 s)

; ; ;

Fig. 4.22. Evoluția ieșirii la modifcare treaptă a referinței (Kp=8.5, Ti=4.35 s)

S-au încercat și alți parametri cu scopul de a observa cum raspunde sistemul reglat la modificarea traptă a referinței (figura 4.23).

Astfel s-au obținut parametrii ce am considerat că sunt cei mai buni : Kp=0.8, Ti=2 s, care oferă o durată a regimului tranzitoriu de 6.5 s.

Fig. 4.23. Evoluția ieșirii la modificarea treaptă a referinței cu diferiți parametri de acordare (Kp=1;Ti=2.6 s, Kp=0.85;Ti=3 s, Kp=0.8;Ti=2 s)

Dupa cum se observă în figura 4.23, pentru un timp de integrare mai mare raspunsul prezintă un suprareglaj. Parametri de acordare Kp=0.8, Ti=2 s, asigură un răspuns rapid, fără suprareglaj.

În continuare am urmărit evoluția sistemului cand apar petrurbații sub forma închiderii sau deschiderii unui robinet pe conductă. Efectul acestor perturbații se observă în figura 4.24.

Fig. 4.24. Evoluția sistemului la apariția perturbațiilor

Limita de stabilitate a sistemului a fost atinsă când coeficientul de proporționalitate Kp are valoarea 3. Pentru Kp= 5, sistemul devine instabil (Figura 4.25).

Fig. 4.25. Litmita de stabilitate a sistemului (Kp=3), Sistem instabil (Kp=5)

B. Metoda de acordare Skogestad

Pentru a doua metodă s-au folosit relațiile:

; ;;

unde Ttr63 este durata regimului tranzitoriu calculat la 63% din valoarea variației măsurii pentru modificarea treapta a referinței. Tc reprezintă durata regimului tranzitoriu dorit, care este ales arbitrar, urmărindu-se o reglare mai bună.

Fig. 4.26. Calcularea parametrului Ttr63

; ; ;

; ;

; ;

Pe baza relațiilor de mai sus și alegerea constantei Tc cu 3 valori distincte (5, 3, 2 s), s-au obținut următoarele valori pentru Kp: 0.45; 0.75; 1.13.

Fig. 4.27 Evoluția ieșirii la modificarea treaptă a referinței (Kp=0.45;Ti=2.5 s)

Pentru acești parametrii de acordare, durata regimului tranzitoriu este de 14 s.

În figura 4.28, pentru Kp=0.75 și Ti=2.5 s, durata regimului tranzitoriu scade, ajungând la o valoare de 9 secunde. În figura 4.29, pentru Kp=1.13 și Ti=2.5 s, durata regimului tranzitoriu este de 8 secunde.

Fig. 4.28 Evoluția ieșirii la modificarea treaptă a referinței (Kp=0.75;Ti=2.5 s)

Figura 4.29 Evoluția ieșirii la modificarea treaptă a referinței (Kp=1.13;Ti=2.5 s)

Concluzii

Scopul acestui proiect îl reprezintă aplicarea cunoștințelor teoretice dobândite de-a lungul celor patru ani de studiu și îmbogățirii acestora cu ajutorul experienței dobândite în urma realizării proiectului și aplicarea pașilor necesari pentru realizarea unei aplicații de control si monitorizare a unui proces în condiții de siguranță.

Printre cele mai importante etape parcurse pentru realizarea proiectului au fost stabilirea conexiunilor dintre elementele folosite în reglare (calculator, placa de achiziții) cu instalația pusă la dispoziție de către facultate prin conectarea convertorului tensiune/curent, releului intermediar, plăcii de achiziție date, traductorului, pompei de apă, în dulapul de joncțiune, verificarea domeniilor de functionare folosind multimetrul pentru fiecare fir de alimentare/semnal, dezvoltarea unui program utilizând pachetul de programe Matlab/Simulink pentru reglarea propriu-zisă și calcularea parametrilor de acordare pentru care sistemul se comportă cel mai bine prin numeroase experimente.

Programul realizat trebuie sa se comporte astfel: atunci când referința impusă este mai mare decât debitul de lichid actual, se transmite un semnal către robinetul de reglare pentru ca acesta să se deschidă, iar în timp ce debitul crește și se apropie de referință, valoarea comenzii trimise către robinet trebuie sa scadă, pentru a-l închide treptat și acea comandă să se oprească atunci când referința și măsura debitului au aceeași valoare. Dacă referința impusă este mai mică decât debitul actual, se trimite un semnal către robinet pentru a-l închide în scopul micșorării debitului de lichid și se deschide treptat atunci când referința și măsura debitului au aceeași valoare.

Au fost utilizate două metode de acordare a parametrilor regulatorului (Kp și Ti) pentru care au fost mai întâi determinați parametrii procesului (factor de amplificare Kproces și durata regimului tranzitoriu) pe baza cărora au fost calculați mai apoi Kp si Ti. Cele două metode conduc la niște valori ce reprezintă puncte de plecare în găsirea celor mai buni parametri de acordare care sa asigure un răspuns rapid, fără suprareglaj.

De asemenea există posibilitatea de trecere din modul automat în cel manual, prin care comanda selectată de utilizator este trimisă direct către robinetul de reglare.

Bibliografie

1. Cîrtoaje, V. – Teoria sistemelor automate, Editura UPG Ploiești, 2013;

2. Mihalache S.F. – Elemente de ingineria reglării automate. Editura Matrixrom, București, 2008;

3. Mihalache S.F. – Note de curs “Ingineria sistemelor automate”;

4. Paraschiv N, Rădulescu G. – Introducere în știința sistemelor si calculatoarelor, Editura Matrixrom, București, 2007;

6. Dumitrescu, St., Chiriac (Bucur), G. – Senzori, traductoare, măsurări – Îndrumar de laborator, Editura Universității din Ploiești, Ploiești, 2000.

7. Finn Haugen, Article: Model-based PID tuning with Skogestad’s method, 2009;

8.http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/pm%20rosemount%20documents/00825-0129-4107.pdf /Ghid de Instalare Rapidă, Traductorul de presiune Rosemount 2051; 9.https://www.instrumart.com/products/38846/rosemount-2051cfc-compact-orifice-flow-meter / Rosemount 2051CFC Compact Description;

10. www.keithley.com/support/data?asset=50072 / USB-Based Data Acquisition Modules – Keithley;

11. http://www2.emersonprocess.com/en-US/Pages/Home.aspx / Fisher® FIELDVUE™ DVC6200 Digital Valve Controller.

Abstract

The objective of this project is the study and the making of a system that is able to control the flowrate of a liquid, and the elaboration of a control and monitoring process application using the software package Mathlab/Simulink.

For the mesurament of process parameters, the work stand is composed of signal transducers (for flowrate and pressure measurament) which have the possibillity to transmit the analog signal (4-20mA) and on the same time to display the parameters.

Instead of clasic controllers, the stand is connected to a control system, with a Keithley Instruments data aquisition board and a process computer.

The stand is composed of the following:

local equipment (power stand, transducers, air gauges, pump);

control system based on programmable logic equipements;

wires and fitting equipement.

This project has the next structure:

Chapter 2 contains a short description of known flowrate control systems;

Chapter 3 contains a general description of used equipements, the system block diagram and the electric diagram of the system;

Chapter 4 contains the description of the software package Mathlab/Simulink, the simulation made to control the flowrate system and graphs with the response of the controled system.