cap 13 simularea si controlul unui cuptorcuarcelectric

8/10/2019 Cap 13 Simularea Si Controlul Unui CuptorCuArcElectric

1/26

CAPITOLUL 13SIMULAREA I CONTROLUL UNUI

CUPTOR CU ARC ELECTRIC

Sistemul de poziionare a electrozilor unui cuptor cu arc electricreprezint un alt exemplu n care abordarea mecatronic poate conduce laobinerea unor rezultate superioare. Principalele obiectivele urmrite ncadrul acestui capitol sunt:

-modelarea i simularea unui cuptor cu arc electric;

-implementarea modelului utiliznd mediul Delpi;-implementarea al!oritmilor de control bipoziional" P#D" adaptiv-

predictiv bazat pe model;-prezentarea unor metode prin care pot $i simulate perturbaiile.

13.1 Punerea problemei, modelarea i!emului, olu"ii de #on!rol

%n industria metalur!ic" pentru topirea $ierului veci sau a altormetale" se utilizeaz cuptoare cu arc electric &'()*. (rcul electric esteutilizat pentru obinerea temperaturilor nalte necesare topirii sau+irealizrii unor reacii cimice dorite. Pentru obinerea arcului electric seutilizeaz de obicei trei electrozi de !ra$it ce sunt alimentai la cele trei$aze ale reelei de alimentare electric &$i!.,.,*.

Hydrauliccontrol

unit

TRANSFORMER

i!. ,.,: 'uptor cu arc electric

/0


2/26


3/26

u se poate vorbi de o optimizare a consumului ener!etic $r capartea mecanic i idraulic s nu $uncioneze la parametrii optimi. Prinurmare" se poate vorbi nc din $aza de proiectare de necesitatea

proiectrii pentru control ,4


4/26

Se consider modelul circuitului electric reprezentat n $i!. ,.0.Se consider c n condiiile n care arcul este amorsat" rezistena arculuieste proporional cu lun!imea arcului electric:

R,=k,x,R0=k0x0R=kx &,.,*

'uR1s-a notat impedana primarului trans$ormatorului iar cuRBs-a notat impedana secundarului trans$ormatorului pe $iecare $az&inclusiv $irele de le!tur*.

R4

R1=k

1x1

R4

R2=k

2x2

R4

R3=k

3x3

R0

i!. ,.0: 6odelul simpli$icat al circuitului electric

Prin urmare putem scrie:

( )

( )

( )

++++=

++++=

++++=

---B-1-0,

000B01-0,

,,,B,1-0,

xkIRIRIIIU

xkIRIRIIIU

xkIRIRIIIU

&,.0*

Cezolvnd acest sistem obinem:

//


5/26

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

+

++

++++=

+

++

++++=

+

++

++++=

,,B00B

--B1--B1

,

--B,,B

00B100B1

,

--B00B

,,B1,,B1

,

,,

,,

,,

xkRxkRxkRRxkRR

UI

xkRxkRxkRRxkRR

UI

xkRxkRxkRRxkRR

UI

&,.*

Scema bloc a sistemului de control este prezentat n $i!. ,..

MODEL1

M!"1 HS1

x1

MODEL3

M!"3 HS3

x3

MODEL2

M!"2 HS2

x2

#1

#2

#3

$1

$2

$3

SET!O#NT!RO&RAM

MER

AR"1

AR"2

AR"3

"OM!$TER !H'S#"AL !RO"ESS

i!. ,.: Scema bloc de control adaptiv-predictiv a sistemului

Putem $ace urmtoarele precizri:-de obicei se poate consider k,k0k; s-au utilizat coe$icieni di$erii

pentru a studia ce se ntmpl cnd condiiile de $ormare a arcelor

/=


6/26

electrice pe cei trei electrozi di$er datorit unor motive cunoscute saunecunoscute;-pentru partea de sistem idraulic se va considera un model liniar. %ntr-oimplementare real" ieirile sistemului idraulic respectiv distanele ntrecapetele electrozilor i topitur nu sunt cunoscute. Semnalele de ieiredin proces sunt curenii i tensiunile arcului electric i acestea pot $imsurate. %n simulare evident c distanele respective se vor avea nvedere.-pentru simpli$icarea aplicaiei" vom considera ca i semnale de ieire din

proces ce vor $i controlate" curenii electrici ai arcelor electrice. >rebuie

precizat ns" c uzual sunt controlate impedanele pe $iecare canal sauputerile consumate pe $iecare canal E


7/26

Parametri &Dimensiune 6odel+Proces" Parametri '66P" 'aracteristiciproces" Simulare perturbatii*" Ferestre &(ran8areFrizontala" 'urentielectrici arc" >ensiuni electrice arc" Semnal de control" (nimatie '()*"

Help. Pentru elementul de meniu Algoritm/e!acti"are se ale!eproprietatea Ena#ledFalse. De asemenea ale!ei proprietateaFormSt$le %sMIForm precum i &indo'State='sMaximi!ed&$ormularul va ocupa tot ecranul*.

3om declara variabilele pe care le vom utiliza n aplicaie &datelece privesc procesul i modelul procesului*:

#on! nmem + -- /numar pun#!e memora!e pen!ru &ra0i#e npun#!e +$-- /numar pun#!e a0ia!e pen!ru &ra0i#e dimp + $- /dimeniune 2e#!ori ie%ire, #on!rol!pe 2e#!or+arra4-..dimp5 o0 real 2e#!or1+arra4-..nmem5 o0 real6/#od in!rodu de mediu2ar /#od e7i!en! 8orm19 T8orm1 /#od e7i!en! np,mp,dp9in!e&er :: dimeniuni e#ua!ie pro#e *idrauli#

1,$,3,u1,u$,u392e#!or::po'i!ie ele#!ro'i;1..


8/26

/ da!e #u pri2ire la modelul #ir#ui!ului ele#!ri# i1,i$,i39real /#uren!i maura!i pe ele#!ro'i @1,@$,@39real /#on!an!e ar# ele#!ri# r1,r$,r3,r,r-,ua9real/re'i!en"e ele#!ri#e, !eniune alimen!are ma7ar#9real /lun&ime ma7ima ar# ele#!ri# /2ariabile u!ili'a!e pen!ru de#rierea 2olumului de ma!erial *>random9in!e&er /permi!e ob!inerea upra0e!ei alea!oare &rad>umplere9in!e&er /pro#en! 2olum>ma!erial:2olum>!o!al *>2e#!9arra4-..-5 o0 real /modelea'a upra0a!a ma!erialului/ariile #e repre'in!a &ra0i# 2olumul ini!ial, 0inal, !opi! de ma!erial

ariaini!iala,aria0inala,aria!opi!a9real /2olume ma!erial #!opire9real /#oe0i#ien! de !opire/re&im9 - =nu a2em ar# 1 #on!a#! 0ara ar# $ a2em ar# ele#!ri# re&im1,re&im$,re&im39in!e&er /re&imuri de lu#ru pe #ele 3 #anale uar#1,uar#$,uar#39real /!eniuni ar# ele#!ri# pe #ele 3 #anale !ipal&1,!ipal&$,!ipal&39in!e&er/!ip al&ori!m u!ili'a! pe #ele 3 #anale *i!1,*i!$,*i!39real /2alori *i!ere'B #on!rol on:o00

%n procedura asociat evenimentului (nActi"ate &$ormularulprincipal* se $ac iniializrile necesare.

pro#edure T8orm1.8ormA#!i2a!e;Sender9 TObe#!on9+8ale /ini!ial in2alidam al&ori!m #ondu#ererandomi'e /pornire &enera!or numere alea!oarenp9+ mp9+3dp9+1 /dimeniuni pro#e *idrauli#::#oe0i#ien!i e#ua!ie pro#e *idrauli#ap14159+-.DF-1 ap14$59+-.$GFF ap14359+-.-DDG?FF1

bp14-59+-.--? bp14159+H-.--13-G1 bp14$59+-.--?1$?3D?ap$4159+-.DF-1 ap$4$59+-.$GFF ap$4359+-.-DDG?FF1bp$4-59+-.--? bp$4159+H-.--13-G1 bp$4$59+-.--?1$?3D?ap34159+-.DF-1 ap34$59+-.$GFF ap34359+-.-DDG?FF1bp34-59+-.--? bp34159+-.--13-G1 bp34$59+-.--?1$?3D?umin19+$?-uma719+$?-umin$9+$?-uma7$9+$?-umin39+$?-uma739+$?-

/E


9/26

::parame!ri #on!roler PI)@p19+-.-D@i19+-.-1@d19+-.-1 @p$9+@p1@p39+@p1@i$9+@i1@i39+@i1 @d$9+@d1@d39+@d1::ini!iali'are memorie emnale ieire, re0erin!e, !eniuni ar# e!#.0or i9+- !o nmem do be&in da!e>14i59+-da!e>$4i59+-da!e>34i59+- da!e>uar#14i59+-da!e>uar#$4i59+-da!e>uar#34i59+- da!e>r14i59+-da!e>r$4i59+-da!e>r34i59+- da!e>u14i59+-da!e>u$4i59+-da!e>u34i59+-

end::re0erin!e #uren!ir14-59+1----r$4-59+1----r34-59+1---- ::u14-59+-u$4-59+-u34-59+- ::emnale ini!iale de #on!rol0or i9+- !o ? do be&in 14i59+$?$4i59+$?34i59+$? ::po'i!ii in!iale ele#!ro'i end0or i9+1 !o nmem do ::re0erin"e #uren! ;memorie< be&in r14i59+r14-5 r$4i59+r$4-5r34i59+r34-5

end::!eniune alimen!are, re'i!en!e,ua9+$$-r-9+-.--1r19+-.--1r$9+-.--1r39+-.--1 r9+-.---$@19+-.---?@$9+-.---?@39+-.---? ::#on!an!e ar# ele#!ri#ma7ar#9+1-- ::lun&ime ma7ima ar#*>random9+1-- ::2ar. #e permi!e modi0i#are pro0il ma!erial de !opi!&rad>umplere9+$?::e7i!a pa!ii in!re obie#!ele de me!alariaini!iala9+- ::e re0era la repre'en!area in $) a ma!erialului#!opire9+-.----1 ::#oe0i#ien! de !opirearia!opi!a9+- ::ini!ial nu a2em ma!erial !opi!::ob!inerea unui pro0il 2aria! a upra0e!ei ma!erialului

0or i9+- !o $- do be&in *>2e#!4i59+random;*>random2e#!4i5end/In repre'en!are, ma!erialul ne!opi! e!e repre'en!a! in $), ub0orma a $- de drep!un&*iuri de la!imi e&ale dar de inal!imialea!oare ini!ial inal!imea a#e!or drep!un&*iuri are 2aloarea3--*>2e#!4i5. Ul!erior, prin pro#eul de !opire a#ea!B inal!ime 2a#adea i e 2a 0orma la ba'a #up!orului !opi!ura.

=1


10/26

aria0inala9+&rad>umplereJariaini!iala:1--/re&im9 - =nu a2em ar# 1 #on!a#! 0ara ar# $ a2em ar# ele#!ri# re&im19+- re&im$9+-re&im39+-::!o!i ele#!ro'ii un! u*i!19+1--*i!$9+1--*i!39+1-- ::*i!ere'a #on!rol on:o00!ipal&19+1!ipal&$9+1!ipal&19+1 ::!ip al&ori!m9on:o00Semnalde#on!rol1Cli#@;Sel0


11/26

netopit respectiv metal topit* i nc trei de tip 4ine cu proprietatea5order+&idt2 &pentru reprezentarea celor trei arce electrice*. Pentruseria B &ce reprezint metalul netopit* debi$ai: Format+Area

4ines+3isi#le6- pentru $ormularul : 4e%tAxis &Maximum0=1" Minimum-0=1*;

5ottomAxis&Maximum011"Minimum1*; Pe c2artintroducei trei seriide tip4inece vor reprezenta semnalele de control pe cele trei canale.- pentru $ormularul B: 4e%tAxis &Maximum01111" Minimum-/11*;

5ottomAxis&Maximum011"Minimum1*; Pe c2artintroducei ase seriide tip4inece vor reprezenta semnalele de ieire i re$erinele pe cele trei

canale.- pentru $ormularul /: 4e%tAxis &Maximum0=1" Minimum-,1*;5ottomAxis&Maximum011"Minimum1*; Pe c2artintroducei trei seriide tip4inece vor reprezenta semnalele msurate &tensiuni arc electric* pecele trei canale.

Pentru aceste $ormulare se completeaz meniurile principale cucte un sin!ur element de meniu:Animatie &$ormularul 0*" Semnale decontrol &$ormularul *" Iesiri si re%erinte &$ormularul B*" 0ensiuni arcelectric &$ormularul /* i n procedurile asociate evenimentelor(nActi"ate se stabilete valoarea proprietii 7roupIndexa elementuluide meniu &sau se poate $ace direct utiliznd inspectorul de obiecte*:

pro#edure T8orm$.8ormA#!i2a!e;Sender9 TObe#!


12/26

A#!i2are1.Enabled9+8ale)e'a#!i2are1.Enabled9+Trueal&>on 9+ Trueend

pro#edure T8orm1.)e'a#!i2are1Cli#@;Sender9 TObe#!


13/26

'ompletm procedura asociat evenimentului (n0imer pentrutimer-ul din $ormularul ,:

pro#edure T8orm1.Timer1Timer;Sender9 TObe#!on+!rue !*en be&inindm9+indmH1 i0 indm Q nmem !*en indm9+-PaCondu#ere;$4indm59+i$da!e>34indm59+i3da!e>uar#14indm59+uar#1da!e>uar#$4indm59+uar#$da!e>uar#34indm59+uar#3::memoram !eniune ar# pe #ele 3 #analeda!e>r14indm59+r1415da!e>r$4indm59+r$415da!e>r34indm59+r3415 ::memoram 2alori re0erin!e pe #ele 3 #anale::memoram emnalele de #on!rol pe #ele !rei #anale ;pen!ru &ra0i#eu14indm59+u1415da!e>u$4indm59+u$415da!e>u34indm59+u3415::2alidam !imere 0ormulare $..?Cea$9+True Cea39+TrueCea9+TrueCea?9+Trueendend

'ompletm procedurile asociate evenimentelor (n0imer pentrutimer-ele din $ormularele 0../ ast$el:

pro#edure T8orm$.Timer1Timer;Sender9 TObe#!on and #ea$ !*en pa&ra0i##ea$9+8ale /imilar in 0ormularele 3,,? 2ariabile9 #ea3..#ea?end

Scriem procedurile PasGra$ic pentru $ormularele 0../. Procedura ce

permite reprezentarea !ra$ic a poziiei electrozilor &se utilizeaz pentrucele trei $aze culorile: maron" ne!ru" verde*" a arcelor electrice &culoareroie* i a evoluiei n timp a metalului netopit &culoare !ri* i a topiturii&culoare roie* este:

pro#edure T8orm$.Pa&ra0i#2ar i9in!e&er

=B


14/26

be&inSerie1.ClearSerie$.ClearSerie3.ClearSerie.ClearSerie?.ClearSerieG.ClearSerieD.ClearSerie.Clear::repre'en!are ele#!ro'iSerie1.add7;1,714-5,,#lMaroon


15/26

i0 indm+- !*en be&in /a umplu! #*ar!ul #u da!e erie1.Clearerie$.Clearerie3.Clear endC*ar!1.o!!omA7i.Minimum9+npun#!eJ;indm di2 npun#!euar#14indm5,,#lMaroonuar#$4indm5,,#lbla#@uar#34indm5,,#l&reen


16/26

pro#edure T8orm1.PaCondu#ere;


17/26

3om prezenta procedura pentru calculul semnalelor de control. unciede variabilele tipalg" se va putea ale!e control de tip on+o%% &tipalg,*"sauPI &tipalg0*. (le!erea poate $i realizat independent pe $iecarecanal.

pro#edure T8orm1.Cal#ulComanda;2ar ,u92e#!or r92e#!or1nr9in!e&er


18/26

i0 ab;4-5r4-52e#!4?5 ele 719+71H31-aria!opi!a:$-i0 *>2e#!41-531-aria!opi!a:$- !*en 7$9+7$H*>2e#!41-5 ele 7$9+7$H31-aria!opi!a:$-i0 *>2e#!41?531-aria!opi!a:$- !*en 739+73H*>2e#!41?5 ele 739+73H31-aria!opi!a:$-::#al#ulam #uren!ii ;pe ba'a #ir#ui!ului ele#!ri#

cap 13 simularea si controlul unui cuptorcuarcelectric

Documents