automatizari 2

Download AUTOMATIZARI 2

If you can't read please download the document

Upload: anca-pirvulescu

Post on 24-Jun-2015

478 views

Category:

Documents


17 download

TRANSCRIPT

U.T.C.B.-Facultateadeinstalatii Anuluniversitar2003/2004Semestrul2AUTOMATIZARIPROIECT Student : Indrumator proiect : Onel Laurentiu prof. dr. ing. SorinLarionescu AnulIV , grupa 21CUPRINSULPROIECTULUICapitolul 1 : Temadeproiectare1.1 ReteauaPetripentruautomatulservomotorului reversibilcuinitializareR4 ;1.2 Schematehnologicapentruaparaturade automatizarepentrucentralatermica :1.2.1 DeDietrich;1.2.2Danfosscurs;1.2.3Danfosson-line; 1.3Spectrulvariatieitemperaturiiexterioare ; 1.4Raspunsulindicialalinstalatieineautomatizate ; 1.5Caracteristicileinstalatieideautomatizare ; 1.6Bibliografie . Capitolul 2 : Proiectulfunctional2.1 Proiectareaautomatuluidestringere :2.1.1AnalizareteleiPetri . Eliminareablocarii . Eliminareaconflictelorstructurale . Cicluri repetitive ;2.1.2 EcuatiilogicecuimplementareaAPLsi contactesirelee ;2.2 Sintezaperturbatiei(programulFoursynt) ;2.3 Identificareainstalatieisimodelelor:2.3.1Identificareaprinmet. Streje-Larionescu ; 2.3.2Identificareaprinmetoda Kupfmuller ;22.4 Calcululrobinetuluidereglare : 2.4.1 Schematehnologicadeconexiune a robinetului ;2.4.2MetodaDanfosson-line ;2.5 CalcululcompensatoruluieroriidetipP (programControlKit) : 2.5.1 RegulatortipP (met.Ziegler-Nichols) ; 2.5.2 Regulatortip PI(met.Z-N) ; 2.5.3 RegulatortipPID (met.Z-N); 2.5.4 Altetipurideregulatoare ; 2.6CalcululperformantelorC.T.:2.6.1Variantaaproximativa , manuala;2.6.2VariantacarefolosesteControl-Kit .

Capitolul 3 : Proiectulconstructiv3.1 Schemedesfasurateelectrice ;3.2 ProgramAPLpentrutrilogic ;3.3 Listadeaparate .Capitolul 4 : Anexe 4.1 Documentatiatehnicarobinet ; 4.2 Documentatiatehnicaservomotor ; 4.3 Documentatiatehnicaregulator ; 4.4 Documentatiatehnicatraductor . 3Capitolul 1 :Temadeproiectare1.1ReteauaPetripentruautomatulservomotorului reversibilcuinitializareR4 . 4 L10000L30010L20001L40100L51000P. INITIALIZATADIRECT INVERSAVARIEp1.p2p2.p1ffo okt=(t/x3/105)56Oay[0C]ps1m.1y1nyf[SV]pf [SV]21>30%Os=300CBusopOePompa ciculatieu1[V]Q>30%rfy1f[SV]u= rf1[V]36Cazan masterBT 302TK 301TK 300AFK 5TC 200TT 27TT 21TT 38TC 100TT 23TZ 101TV 10M11TK 44Oc= yTC 51Robinet termostaticCascadar[0C]rf[SV] y = OcHC 30OrOa>650CPPresostat lipsa apaM36Robinet de izolaremonitorizatPK 147Schema tehnologica. Bucla de reglare a agentului termic. Schema bloc. 23n (t)feed - backnegativ-yf(t)yt(t)101+10y (t)m (t) u (t) e (t) rf(t) r (t) F K E GHp (t)R1008Schema tehnologica. Bucla de reglare a temperaurii din camera. Schema bloc.2138n (t)-yf(t)yt(t)y (t)m (t) u (t) rf(t)r (t)Fp (t)100KEG BCHR200 +2291.2.3 VariantaDanfosson-line

10 1.3 Spectrul variatiei temperaturii exterioare sinteza perturbatiei este reprezentata sub forma grafica;reprezentarea grafica s-a realizat cu ajutorul programului Foursynt. Mai jos estedat tabelul cu coeficientii seriei Fourier pentru sinteza perturbatiei p(t), pentruN=22 ; spectrul variatiei temperaturii exterioare este data prin tema de proiectare sieste prezentata sub forma tabelara mai jos :0 1 2 3 4 5 6 7Ck1Sk- 1 sinteza semnalului periodic se poate face si cu relatia :( ) [ ]+ + inf10 0 0sin coskk kt k S t k C C t p 111.4 Raspunsul indicial al instalatiei neautomatizate1234567 89876543210121.5 Caracteristicile echipamentului de automatizare : 1. Automatul respecta caietul de sarcini dat sub forma retelei Petri din Anexa 1. 2. Regulatorul automat trebuie sa conduca procesul de incalzire a unei cladiri caracterizate de raspunsulindicial . 3. Automatul instalatiei tehnologice este implementat in doua variante : cu contacte si relee si cu automat programabil. 4. Regulatorul de temperatura al instalatiei pentru incalzirea cladirii poate fi ales din mai multe tipuri cu impulsuri modulate in durata. 131.6BIBLIOGRAFIE1. Ionescu C., Vladeanu V., Larionescu S., Ionescu I., Automatizari, Ed. didactica si pedagogica, Buc., 1982, p. 147 223. 2. Larionescu S., Introducere in ingineria sistemelorautomate, www.geocities.com/larionescu 3.Larionescu S., Accente noi in analiza si proiectarea sistemelor automate,Conferinta de instalatii, Sinaia, oct. 2001, p.57 66,www.geocities.com/larionescu.4.Larionescu S., Aprecierea robustetii sistemelor automate, Masurari si Automatizari, Nr. 2, 2001, p. 55 56,www.geocities.com/larionescu.5.Larionescu S., Compararea grafcetului cu reteaua Petri, Masurari siAutomatizari, Nr. 3, 2001, p. 52 54,www.geocities.com/larionescu.6.Larionescu S., Schema bloc a unui sistem automat modern, Conferinta deinstalatii, Sinaia, 3-6 oct. 2000, www.geocities.com/larionescu.7. Larionescu S., Documentatie si exemple ghid privind proiectarea sistemelor automate,www.geocities.com/larionescu sau www.larionescu.home.ro sauwww.larionescu.tripod.com. prof. dr. ing. Sorin Larionescu14Capitolul 2 : Proiectul functional Proiectul functional va contine: 1. Grafcetul . Acesta va fi obtinut prin analiza retelei Petri care reprezinta caietul de sarcini pentru conducerea instalatiei tehnologice . Se analizeaza interpretarea , marginirea , viabilitatea , siguranta si conflictele efective. Se transforma caietul de sarcini intr-o retea Petri conforma (grafcet). Se realizeaza codificarea etapelor. 2. Calculul relatiilor logice pentruvariabilele de stare si variabilele deiesire prin metoda Larionescu in cazul implementarii cu automat programabil. 3. Calculul relatiilor logice pentru variabilele de stare si variabilele de iesireprin metoda Larionescu in cazul implementarii cu contacte si relee. 4. Schema tehnologica cu aparatura de automatizare pentru instalatia de incalzire a cladirii. 5. Schema bloc a sistemului de reglare automata a temperaturii din cladire cu compensarea perturbatiei (feedforward). 6. Schema bloc a sistemului de reglare automata a temperaturii .7. Analiza perturbatiei sistemului de reglare automata a temperaturii in cladire.8. Identificarea procesului de incalzire prin metoda Kupfmuller si metoda Streje-Larionescu. 9. Verificarea modelelor obtinute din identificarea experimentala. 10. Calculul robinetului de reglare si a dispozitivului sau de actionare. 11. Calculul compensatorului erorii in regim de stabilizare. Calculul performantelor sistemului automat (eroarea indiciala stationara, timpul de crestere , durata procesului tranzitoriu, suprareglarea, amortizarea, banda de trecere, frecventa de rezonanta, marginea de faza si marginea de amplificare).152.1.1.Analiza R4. Eliminarea blocarii. Eliminarea conflictelor structurale. Cicluri repetitive. reteaua Petri este marginita daca numarul marcilor din fiecare pozitie este marginit.Intr-o anumita pozitie, numarul marcilor poate creste la infinit: performanta de marginire este echivalenta cu performanta de stabilitate de la sistemele continue; pentru ca o retea Petri sa fie sigura, ea trebuie sa fie marginita, iar numarul marcilor din orice pozitie sa fie cel mult unu; aceasta conditie este respectata in cazul retelei noastre , deci reteaua este marginita si sigura; eliminarea blocarii : pct 1.1; eliminarea conflictelor structurale efective s-a realizat la pct. 1.1; cicluri repetitive :1) L1,L2,L4,L12) L1,L3,L4,L12.1.2. Ecuatii logice cu implementarea APL si contacte si relatii economice.Pentru bitii activi initial avem urmatoarea formula :xit+ = fit + gitxit + it (pt. etapele active initial)Pentru bitii inactivi initial avem urmatoarea formula :xit+ = (fit + gitxit) i(pt.etapele inactive initial)fit = conditia de activare a locatiei ;git = conditia de dezactivare a locatiei ;i = 0,1,2,3,4Codificarea etapelor in cod distributiv :

x0x1x2x3x4L01 0 0 0 0L10 1 0 0 0L20 0 1 0 0L30 0 0 1 0L40 0 0 0 1

16Stabilirea ecuatiei logice pentru bitii de stare:L1 x 0t:S0t = x3tft r0t = p1p2 + p2p1x0t+ = x3tft + (p1p2 + p2p1)x0t + itL2 x 1t:S1t = x0tp1p2r1t = of + fox1t+ = [x0tp1p2 + (of +fo)x1t]itf1t g1tL3 x 2t: S2t = x0tp2p1r2t = of + fox2t+ = [ x0tp2p1 + (of + fo)x2t ] itL4 x 3t: S3t = x2tof + x1tofr3t = ktx3t+ = [(x2tof + x1tof) + ktx3t]it = [(x2t + x1t)of + ktx3t]itL5 x 4t:S4t = x1tfo + x2tfor4t = bx4t+ = [x1tfo + x2fo + bx4t]it17Scrierea ecuatiilor pentru implementarea cu APL si cu contacte si relee.xnt+ = kntxnt = kntRezulta :k0 = k3tft + (p1p2+ p2p1)k0t + itk1 = [k0tp1p2 + (of + fo) k1t]itk2 = [k0tp2p1 + (of + fo)k2t]itk3= [(k2t of + k1t of ) + kt k3t] it =[(k2t + k1t )of + kt k3t] itk4= [k1t fo + k2t fo+ b k4t] it 2.2 Sinteza perturbatiei (temperaturii exterioare)18 sinteza perturbatiei este reprezentata sub forma grafica;reprezentarea grafica s-a realizat cu ajutorul programului Foursynt. Mai jos estedat tabelul cu coeficientii seriei Fourier pentru sinteza perturbatiei p(t), pentruN=22 ;0 1 2 3 4 5 6 7Ck1Sk- 1Sinteza semnalului periodic se poate face si cu relatia :( ) [ ]+ + inf10 0 0sin coskk kt k S t k C C t p Reprezentarea grafica este prezentata mai jos :192.3 Identificarea instalatie si modelor 2.3.1. Identificarea prin metoda Streje Larionescu TA = TM = 0.296 ms = 2960s = 0.822h ;TB = 0.333 ms = 3330 s = 0.925 h; TC = 1.185 ms = 11850 s =3.291 h]]]

VCUUkieff011312 , 02 . 31limVNUi2 . 3102211011 ,`

.|+ ,`

.|+ 46 . 4 4 fCTTnh sTTCf738 . 0 265746 . 446 . 411850 ( ) ( )( ) ( ) ( )( )]]]]

,`

.|+ +++ 11221 1! 1...! 2 ! 11 1nfnMfMfMTT tf M i M eT nT tTT tTT te k T t U T t UfMFunctia de transfer este :( )( ) ( )4925 . 0265 . 0 1312 . 01 ses Tek s GsnfsTfM++ 2.3.2. Identificarea prin metoda Kupfmuller( ) ( )]]]]

fMTT tf M i M ee k T t U T t U 11 1

TM = TA + TB = 0,296 + 0,333 = 0,629 ms = 6290 s =1.747 hTf = Tc = 1,185 ms = 11850 s = 3.291h n = 4 Uc1 = 10C2 . 3102211011 ,`

.|+ ,`

.|+ NUi V]]]

VCUUkieff011312 , 02 . 31lim20( ) ( )]]]

1185062901 11 312 , 0tM i M ee T t U T t UFunctia de transfer este :( )ses Tes Gsfs TM ++ 291 . 3 1312 . 01312 . 0747 . 121Indentificarea experimentala a sistemelor prin metoda STREJE LARIONESCU2.6. Calculul performantelor C.T.2.6.1. Varianta aproximativa, manuala.TBTC1 234 56X104 TBTBTA00.10.20.30.40.50.60.70.8Ue(t)10.9TA = 0.296 x104= 2960 [sec]TB = 0.333 x104= 3330 [sec] TK=TA ;n = Round (10 TB +1) = Round (2.81 + 1) =4TC = 1.185 x104= 11850 [sec] TCATime (Sec)Step ResponseResponse Magnitude22h 1 2 34 5 6 12.7 34.465.25.722 2.4 Calculul robinetului2.4.1 Schema tehnologica de conexiune a robinetului ;2.4.2 Metoda Danfoss on-line .232425262728292.4.3 Metoda Danfoss off-lineU.M. Heating HWQ m3/h 5,5 7,33PsupplykPa 122 122PsyskPa 58,33 73,33PvkPa 63,67 48,67Psupply = Pv + PsysPv = Psupply Psys 3031323334Selection results for motorized valvesCharacteristic valve parameters:Type and nom. diameter;VM 2 25Valve code no.;065B2017Connection type of the valve;ext. threadSpindle travel [mm];5.0Control characteristic;splitControl range;1:50Leakage [%] Kvs;0.05Nominal pressure [bar];25Max. differential pressure [bar];16.0kvs factor [m3/h];6.3Max. medium temperature [C];150Selection parameters for the valve:Calc. authority of fully open valve;0.57Calc. diff. pressure at fully open valve [bar];0.76Flow velocity of the medium [m/s];3.1Assumed flow volume [m3/h];5.50Remarks for the valve:Material of valve body: gunmetal.Spare parts: stuffing box and gland ring (065B2070).Additional connection set with welded nipples / ext. threaded nipples: 003N5092 / 003N5072.Selection parameters for the actuator:Type of actuator;AMV 10Code number;082G3002Control type;3-pointSupply voltage [V];24Power consumption [VA];2.2Power output [N];300Speed operation [s/mm];14.0Spindle travel [mm];5.0Enclosure IP;54Ambient temperature [C];0 ~ 55Remarks for the actuator:Built-in torque protection and position indication. Built-in manual operation.Not allowed: Mounting with the connection upwards.35Selection results for valvesCharacteristic parameters:Type and nom. diameter;VM 2 25Valve code no.;065B2017Connection type of the valve;ext. threadSpindle travel [mm];5.0Control characteristic;splitControl range;1:50Leakage [%] Kvs;0.05Nominal pressure [bar];25Max. differential pressure [bar];12.0kvs factor [m3/h];6.3Max. medium temperature [C];150Selection parameters:Calc. authority of fully open valve;0.57Calc. diff. pressure at fully open valve [bar];0.76Flow velocity of the medium [m/s];3.1Assumed flow volume: [m3/h];5.50Remarks:Material of valve body: gunmetal.Spare parts: stuffing box and gland ring (065B2070).Additional connection set with welded nipples / ext. threaded nipples: 003N5092 / 003N5072.36Selection results for valvesCharacteristic parameters:Type and nom. diameter;VM 2 32Valve code no.;065B2018Connection type of the valve;ext. threadSpindle travel [mm];7.0Control characteristic;splitControl range;1:50Leakage [%] Kvs;0.05Nominal pressure [bar];25Max. differential pressure [bar];12.0kvs factor [m3/h];10.0Max. medium temperature [C];150Selection parameters:Calc. authority of fully open valve;0.42Calc. diff. pressure at fully open valve [bar];0.54Flow velocity of the medium [m/s];2.5Assumed flow volume: [m3/h];7.33Remarks:Material of valve body: gunmetal.Spare parts: stuffing box and gland ring (065B2070).Additional connection set with welded nipples / ext. threaded nipples: 003N5093 / 003N5073.37Selection results for motorized valvesCharacteristic valve parameters:Type and nom. diameter;VM 2 32Valve code no.;065B2018Connection type of the valve;ext. threadSpindle travel [mm];7.0Control characteristic;splitControl range;1:50Leakage [%] Kvs;0.05Nominal pressure [bar];25Max. differential pressure [bar];16.0kvs factor [m3/h];10.0Max. medium temperature [C];150Selection parameters for the valve:Calc. authority of fully open valve;0.42Calc. diff. pressure at fully open valve [bar];0.54Flow velocity of the medium [m/s];2.5Assumed flow volume [m3/h];7.33Remarks for the valve:Material of valve body: gunmetal.Spare parts: stuffing box and gland ring (065B2070).Additional connection set with welded nipples / ext. threaded nipples: 003N5093 / 003N5073.Selection parameters for the actuator:Type of actuator;AMV 20Code number;082G3008Control type;3-pointSupply voltage [V];24Power consumption [VA];2.2Power output [N];450Speed operation [s/mm];15.0Spindle travel [mm];10.0Enclosure IP;54Ambient temperature [C];0 ~ 55Remarks for the actuator:Built-in torque protection and position indication. Built-in manual operation.Not allowed: Mounting with the connection upwards.38System diagrams for motorized valves39System diagrams for temperature controllers 402.5Calculul compensatorului erorii de tip P (program Control Kit)2.5.1 Regulator tip P ( metoda Ziegler-Nichols )k1kcP.M. G.M. y1ste1st ToTtrI.S.E.1 6,31 180 53,7550,7260,27370,9260,2063 30 17,49541SORIN LARIONESCU - Control system design 42434445 462.5.2 Regulator tip P I ( metoda Ziegler-Nichols )k1kcP.M. G.M. y1ste1st ToTtrI.S.E.1/s 0,03 17,3341,391 1 0,01 21,3480,4418 16 6,08447484950512.5.3 Regulator tip P.I.D. ( metoda Ziegler-Nichols )Close loop = 50%kTlim= 1,04Tlim = 3,442 secTi= 2,104 secTd = 0,42 seck1 =k T ( 1 +1/Tis+ T ds ) = 1,231 ( 1 + 0,42s + ,104s )Open loopkfix = 3,219Tm = 0,841 secTfix = 2,224kf = e-0,841s/2,224s+15253542.6. Calculul performantelor C.T.2.6.1. Varianta aproximativa, manuala.1. Functia de transfer a instalatiei neautomatizate ; Modelul Kupfmuller, din raspunsul indicialTM = TA + TB = 2960 + 3330 = 6290 s = 1.747 hTf = Tc= 3.291h ]]]

VCUUkieff011312 , 02 . 31lim( )ses Tek s Gsfs TfM + + 291 . 3 1312 . 01747 . 12. Functia de transfer a compensatorului erorii de tip P (proportional):( )]]]

CVTTkk s kmfff0037 . 6747 . 1291 . 3312 . 01 13. Functia de transfer a instalatiei automatizate:( )( )( ) s R s Ys se k s Gn nn Tms+ +2 2202 653 . 0312 , 0 037 . 6 1312 . 0 037 . 610 ++f rf rk kk kk416 . 1747 . 1 291 . 3312 . 0 037 . 6 1212 ++m ff rnT Tk k55038 . 1474 . 1 291 . 3291 . 3 747 . 12 ++m ff mnT TT T ( )005 . 2 038 . 1309 . 1005 , 2 038 . 1005 . 2653 , 02747 . 12747 . 1+ ++ + s ses se s Hss4) Performantele din raspunsul indicial.( ) ( ) ( ) ( ) [ ]'' teTm u k t Yss G s YntLn22101 11 cos11 1 ) (1 1366 . 0416 . 1 2038 . 12038 . 1038 . 1 2 nn ] [ 374 . 0 3932 . 0366 . 0 1366 . 012 2rad arctg arctg arctg ( ) ( )]]]

374 . 0 226 . 1 cos9306 . 01 474 , 1 653 . 0 ) (519 . 01 1tet u t Yt562.6.2 Varianta care foloseste Control KitPerformantele C.T. s-au determinat folosind Control Kit , la paragrafele2.5.1 , 2.5.2 , 2.5.357 3 PROIECTULCONSTRUCTIV3.1 Scheme desfasurate electrice Mai jos sunt prezentate schemele de implementare cu circuite si relee pentru ecuatiile de la paragraful `Scrierea ecuatiilor pentru implementarea cu APL si cu contacte si relee` :Contactorul K0Contatorul K1 Ik1k8k0k0 k1 k0 k0 p30 a ktp1 p1 p1 fp2 p2 k0 k1Contatorul K2Contactorul K3II k1 k2k1k2 k3 p2 0 p1f 0 0 kt k2k3Contactorul K4I k1k2 kt58 ff ak43.2. Program APL acest program a fost realizat pentru bitul K0 ; pentru restul biilor , programul realizndu-se analog :000 L I 0,4001 = M 0,4002 L I 0,10003 = M 0,10004 L I 0,3005 = M 0,3006 L I 0,5007 = M 0,5008 L I 0,0009 = M 0,0010 L I 0,6011 = M 0,6012 L I 0,7013 = M 0,7014 L I 0,11015 = M 0,11016 L M 0,4017 A M 0,10018 O M 0,3019 A M 0,5020 O M 0,0021AN M 0,0022AN M 0,6023 A M 0,7024ON M 0,0025AN M 0,7026 A M 0,6027 O M 0,11028 = M 0,12029 L M 0,12030 =Q 0,059CAPITOLUL 4 : Anexe

Documentatia tehnica60

61626364656667 686970717273747576777879808182838485Lista de preturiCode Number Product Category Product TypePrice in Euro087B1120 Electronic controller ECL COME ORT 200 390,3087B1164 Outdoor temperature sensorESM-1037,1084N1050 Flow temperature sensor,DHWESMU 10081,9065F2033 Control valve, DHW(valve)VMA80,1013U8008 Control valve, DHW(actuator)RAVI72003N2026 Differential/pressure/plan controllerAVP 236,8065F2113 Control valve, heating(valve)VS2 60,6082G3001 Control valve, heating(actuator)AMV10 255,4087B1165 Flow temperature sensor, heatingESM-11 37,1087B1164 Room temperature sensorESM-10 37,1087B1165 Retain temperature sensor, heatingESM-11 37,186