ASTI AutomationBucuresti

Statia de lucru

LC2030

- Manual de utilizare -

Solutia tehnica:

Cuprins

1 Descrierea Instalatiei LC2030 41.1 Parti componente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2 Tipuri de procese si potential de lucru . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 Posibilitati practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4 Conexiuni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.4.1 Panoul de comanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4.2 Panou intrari iesiri - I/O Board 4488 . . . . . . . . . . 71.4.3 Mod de conectare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 Mod de lucru 102.1 Reglare debit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2 Reglare nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2.1 In bucla simpla (cu un grad de libertate) . . . . . . . . . 102.2.2 In cascada, dupa debit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3 Reglare temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.4 Identificarea proceselor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4.1 Debit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.4.2 Nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.4.3 Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3 Aplicatia Software 113.1 Descriere si functionare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.1.1 Fereastra principala LC2030 Interface . . . . . . . . . . 113.1.2 Fereastra Flow Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.1.3 Fereastra Level Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.1.4 Fereastra Temperature Control . . . . . . . . . . . . . 163.1.5 Fereastra Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.1.6 Fereastra Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2 Mod de utilizare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.2.1 Reglare Nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.2.2 Reglare Debit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.2.3 Reglare Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.3 Posibilitati de dezvoltare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

A Modul de achizitie Beckhoff - Functionare si utilizare 19A.1 BK9050 - Modul de achizitie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19A.2 KL1408 - Intrari digitale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21A.3 KL2408 - Iesiri digitale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23A.4 KL3464 - Intrari analogice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24A.5 KL4404 - Iesiri analogice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25A.6 KL9010 - Terminator de magistrala . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1

B Caracteristici tehnice 27B.1 Traductor de Presiune - VEGABAR 14 . . . . . . . . . . . . . . 27B.2 Traductor de Debit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28B.3 Traductor de Temperatura - Pt100 . . . . . . . . . . . . . . . . . 28B.4 Pompe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

B.4.1 Pompa cu debit variabil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30B.4.2 Pompa cu debit fix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

C Procedura de comutare mod de lucru MANUAL/AUTOMAT 33

2

Lista de figuri

1 Panou de conectare - SCHOOP didactic . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Fereastra principala a aplicatiei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Fereastra pentru reglarea automata a debitului . . . . . . . . . . . . . 134 Sectiune pentru alegerea tipului de regulator si comutare manual/automat 145 Sectiune pentru acordarea regulatorului . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Reprezentare schematica a procesului . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Reprezentarea parametrilor regulatorului numeric si prin intermediul

barelor de progres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Fereastra pentru calibrarea senzorului de presiune . . . . . . . . . . . 169 Fereastra de conectare a aplicatiei software la modulul de achizitie. . . 1710 BK9050 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1911 KL1408 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2112 KL2408 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2313 KL3464 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2414 KL4404 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2515 KL9010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2616 Traductor de presiune VEGABAR 14 . . . . . . . . . . . . . . . 2717 Traductor de debit - dimensiuni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2818 Contactele traductorului de debit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2819 Traductor de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2920 Graficul variatiei rezistentei ın functie de temperatura . . . . . . 2921 Pompa NDP25/4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3022 Dimensiune pompa NDP25/4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3123 Grafic debit ın functie de ınaltime . . . . . . . . . . . . . . . . . 3124 Pompa EHEIM 1046 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Lista de tabele

1 Panou de control - Caracteristici electrice . . . . . . . . . . . . . 62 Modalitatea de conectare a echipamentului didactic la panoul cu

I/O - Board 4488 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 NDP 25/4 - Caracteristici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 EHEIM 1046 - Caracteristici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3

1 Descrierea Instalatiei LC2030

Instalatia LC2030 este un stand experimental, cu destinatie didactica, ce copiazala scara redusa procese ıntalnite ın instalatiile industriale reale.

1.1 Parti componente

Instalatia are ın componenta doua bazine dintre care unul este gradat (0 - 35cm), trei pompe cu debit fix si una cu debit variabil,

1.2 Tipuri de procese si potential de lucru

1.3 Posibilitati practice

LC2000 este o instalatie experimentala ce ofera posibilitati complete de control aunor procese de curgere (reglare debit), de umplere/golire cu lichid a unui bazin(reglare nivel) si procese termice de ıncalzire/racire (reglare de temperatura).

O lista mai detaliata a tipurilor de activitati permise de instalatie este redatamai jos:

¬ Implementarea schemelor clasice de reglare cu regulatoare de tip PID pen-tru:

• nivel;

• debit;

• temperatura.

­ Implementarea de scheme de reglare in cascada:

• reglarea nivelului cu bucla interna pentru debit;

• reglarea temperaturii cu bucla interna de nivel.

® Trasarea caracteristicilor pentru diverse parti componente ale instalatiei:

• traductor de nivel;

• traductor de presiune;

• pompa cu debit variabil.

¯ Implementarea de algoritmi avansati de reglare pentru scheme de controlde tip:

• predictiv;

• optimal;

• adaptiv;

° Reglare inteligenta prin intermediul algoritmilor genetici si a retelelor neu-ronale;

4

± Aplicarea si testarea diverselor filtre numerice sau a altor algoritmi speci-fici prelucrarii de semnal;

² Organizarea unor experimente de identificare de procres atat on-line (algo-ritmi recursivi), cat si offline (experimente doar pentru achizitia seturilorde date).

Toate posibilitatile de exploatare enumerate mai sus fac instalatia LC2000sa fie o platforma ideala pentru exploatarea ın laboratoarele institutiilor deınvatamant cu specific ın controlul automat al proceselor.

Un plus adus de aceasta instalatie este dat de faptul ca imita, la scararedusa, procesele reale ıntalnite cel mai frecvent ın industrie, iar faptul caeste o instalatie fizica propriu-zisa ajuta la familiarizare utilizatorului (a celuicare urmeza procesul de instruire) cu problemele efective ce se pot regasi si ıncazul instalatiilor industriale (particularitati de comunicare, necesitatea filtraariidatelor etc.).

1.4 Conexiuni

Pentru a putea implementa solutia de automatizare propusa pentru realizareafunctiilor de control a instalatiei trebuie sa avute ın vedere o serie de conexiuniıntre panoul de control si modulul de achizitie folosit.

Mai jos sunt prezentate structura panoului de control si un tabel ın care sedescrie modul de conectare impus pentru functionarea corecta a aplicatiei decontrol.

1.4.1 Panoul de comanda

Instalatia didactica LC2000 este prevazuta cu un panou de control pe care suntscoase toate semnalele necesare achizitiei de date si transmiterii de comenzi dinsi spre proces.

Panoul are ın componenta o serie de lampi, intrerupatoare, indicatoare lu-minoase si mufe de conectare grupate dupa cum urmeaza:

¬ Lamps

• trei mufe de conectare de culoare verde pentru aplicarea semnalelorpe lampi, numerotate: L1, L2 si L3;

• trei lampi colorate (rosu, galben, verde).

­ Switches

• LED-uri indicatoare pentru fiecare buton;

• trei comutatoare (switch);

• doua butoane de tip push-buttons;

• cinci mufe de conectare de culoare galbena prin intermediul carorase culege semnalul de la fiecare buton. Fiecare mufa de legatura estenumerotata cu HSx (x = 1, 5)

5

® Outputs

• Trei iesiri digitale corespunzatoare celor trei senzori discreti de nivel(LS1, LS2 si LS3), cu cate o mufa de conectare galbena si un LEDindicator;

• trei iesiri analogice de la cele trei traductoare din sistem (de nivel -L1, de temperatura - T1, de debit - F1) pentru care sunt prevazutetrei mufe de culoare galbena.

¯ Inputs

• cinci intrari digitale pentru actionarea elementelor de executie dininstalatie (P1 - pompa unu, P2 - pompa doi, P3 - pompa 3, TC1 -pentru elementull de incalzire si P4 - pompa patru), prevate cu cateo mufa de conectare de culoare verde si un LED indicator;

• O intrare analogica, FC1, pentru a comandarea convertizorului detensiune, prevazuta cu o mufa de conectare de culoare verde.

° ın partea din dreapta sus a panoului se gasesc doua borne pentru conectareala sursa interna de 24V, pentru cazurile ın care este necesara conectareaunor aparate auxiliare.

De asemenea, ın interiorul carcasei panoului de comanda se gasesc alte douacomponente cu rol ınsemnat ın functionarea sistemului:

• convertizor de frecveta dispozitiv prin intermediul caruia se poate variafrecventa curentului de alimentare a motorului pompei cu debit variabil,proportional cu tensiunea aplicata la intrare (vezi tabelul 1.4.1).

• sursa de tensiune - sursa ın comutatie prin care se transforma curentulprovenit de la reteaua electrica (230 V AC), generand pe iesire o tensiunede 24 V DC.

Tabel 1: Panou de control - Caracteristici electrice

Denumire element Notatie Descriere

lampi L1, L1, L3 intrari digitale 24VSenzori discreti LS1, LS2, LS3 iesiri digitale 24 VTraductor de nivel L1 2-10 V DC ↔ 0-40cmTraductor de temperatura T1 0-10V DC -30-70◦C ↔ 0-40cmTraductor de debit F1 0-10V DC ↔ 0.0-6.0 L/minPompe P1, P2, P3, P4 intrari digitale 24VComanda convertizor FC1 intrare analogica 0-10V

Incalzitor TC1 intrare digitala 24V

Intrerupatoare si butoane HS1-5 iesiri digitale 24V

6

1.4.2 Panou intrari iesiri - I/O Board 4488

Panoul ce conectare este furnizat de acelasi producator ca si instalatia exper-imentala propriu-zisa. Acesta consta ıntr-o caseta ce are pe fata superioara osina pe care sunt montate modulele de achizitie de la Beckhoff si o serie deborne de conectare grupate corespunzator, dupa tipul de intrare sau iesire lacare sunt legate.

Alimentare panoului de conectare se face de la bornele panoului de control alinstalatiei LC2000 prin intermediul a doua cabluri speciale, catre bornele localecorespunzatoare. De asemenea, panoul de conectare poate fi alimentat si dela o sursa externa ce furnizeaza 24V DC prin intermediul unei mufe auxiliarespeciale.

Bornele de conectare pentru semnale respecta acelasi cod al culorilor pentruintrari si iesiri, atat pentru cele digitale, cat si pentru cele analogice. Astfel, pen-tru semnalele de intrare se folosesc borne de culoare verde, iar pentru semnalelede iesire se folosesc borne de culoare galbena. Pentru alimentarea panouluise folosesc borne de culoare rosie pentru potetialul pozitiv si borne de culoarealbastra pentru potentialul de masa.

Figura 1: Panou de conectare - SCHOOP didactic

Modulele Beckhoff montate pe panoul de conectare sunt urmatoarele:

1. BK9050 - Ethernet TCP/IP Coupler - responsabil cu maparea intrarilorsi iesirilor de la modulele conectate si cu realizarea schimbului de datecu PC-ul care ruleaza algoritmii de conducere (comanda), sau cu altetipuri de dispozitive numerice de control intr-o structura complexa ( sidescentralizata);

2. KL1408 - modul de 8 intrari digitale pe 24 V DC;

7

3. KL2408 - modul de 8 iesiri digitale pe 24 V Dc;

4. KL3464 - modul de 4 intrari analogice pe intervalul 0-10V;

5. KL4404 - modul de 4 iec siri analogice pe domeniul 0-10V;

6. KL9010 - terminator de linie pentru magistrala interna K-bus.

Cu ajutorul acestui panou se realizeaza conectarea PC-ului, prin intermediulcaruia se face controlul, la instalatie, prin intermediul modulului de achizitie.Modul de realizare a conexiunilor efective se face conform tabelului din sectiuneaurmatoare.

8

1.4.3 Mod de conectare

In aceastasectiune se prezinta modul de conectare a semnalelor dintre panoulde control al instalatiei si panoul universal de conectaere. In tabelul de maijos se prezinta prin corespondenta bornele ce trebuie conectate, de la panoul decontrol, la panoul de conectare:

Tabel 2: Modalitatea de conectare a echipamentului didactic la panoul cu I/O- Board 4488

Panou Con. LC2000 Descrierea semnalului

Intrari analogice - AIN1 L1 Nivel2 T1 Temperatura3 F1 Debit

Iesiri Analogice - AOUT1 FC1 Comanda pentru motorul pompei trei

Intrari Digitale - DIN1 LS1 Microintrerupator - tanc plin2 LS2 Microintrerupator - tanc jumatate plin3 LS3 Microintrerupator - tanc gol4 HS15 HS26 HS37 HS48 HS5

Iesiri Digitale1 P1 pompa 12 P2 pompa doi3 P3 Pompa trei4 TC1 Element de ıncalzire5 P4 Pompa patru6 LAMP1 Lampa 17 LAMP2 Lampa 28 LAMP3 Lampa 3

9

2 Mod de lucru

2.1 Reglare debit

2.2 Reglare nivel

2.2.1 In bucla simpla (cu un grad de libertate)

2.2.2 In cascada, dupa debit

2.3 Reglare temperatura

2.4 Identificarea proceselor

2.4.1 Debit

2.4.2 Nivel

2.4.3 Temperatura

10

3 Aplicatia Software

Aplicatia software realizata pentru implementarea solutiei de automatizare aproceselor disponibile a fost realizata ın Microsoft Visual Studio folosind limba-jul Visual Basic.

Aplicatiea are rol principal de interfata cu utilizatorul, iar printre functionali-tatile specifice se numara:

• achizitia valorilor booleane si numerice de la unitatea hardware conectatala PC;

• realizarea functiei de controler prin implementarea unui regulator de tipPID. Preia valoarea referintei setate de utilizator si calculeaza parametrispecifici functionarii unei bucle de reglare (eroare si comanda);

• protectia elementelor de executie prin limitarea comenzilor calculate decontroler si prin monitorizarea nivelului de lichide din bazine. Astfel,la golirea bazinului (dezactivarea senzorului discret LS3) unu se opresteautomat pompa 3, la umplerea bazinului unu (dezactivarea senzoruluidiscret LS1) se opresc automat pompele unu si doi care preiau lichidul dinbazainul doi si ıl pun ın bazinul unu. Elementul de ıncalzire a lichiduluidin bazinul unu este oprit atunci cand nivelul de lichid din bazin scade subnivelul senzorului LS2 sau cand temperatura lichidului trece de valoareade 45oC;

• afisarea parametrilor de functionare a buclei de reglare sub forma unuigrafic pentru o vizualizare mai facila a performantelor regulatorului proiec-tat;

• salvarea parametrilor de funtionare a buclei de reglare ıntr-un fisier de tipexcel (*xls). Mai departe, datele din fisier pot fi importate ın MATLABpentru o analiza amanuntita a performantelor;

3.1 Descriere si functionare

In continuare este prezentata o descriere amanuntita pentru fiecare sectiunea programului, considerandu-se, ın acelasi timp si specificul de functionare aacestora.

3.1.1 Fereastra principala LC2030 Interface

Odata cu lansarea aplicatiei porneste fereastra principala se contine o serie defunctionalitati care permit atat manipularea elementelor de executie (pornireasi oprirea pompelor prezente ın instalatie si actualizarea comenzii pentru pompacu debbit variabil), cat si vizualizarea valorilor masurate prin intermediul tra-ductoarelor analogice (de debit si de nivel) si starilor senzorilor de nivel discreti.

11

Figura 2: Fereastra principala a aplicatiei

Impartirea elementelor din fereastra se face dupa cum urmeaza:

2 Data in - grup ce reuneste valorile analogice reprezentate ın unitatile in-gineresti specifice fiecarei marimi masurate (nivel, temperatura si debit)si indica starea logica a snezorilor discreti de nivel;

2 Commands - un grup de controale (CheckBox-uri, butoane, SliderBar)prin intermediul carora se actioneaza elementele de executie din instalatie(actualizand starea fiecarei iesiri analogice si digitale a modulului de achi-zitie). Pentru cazurile de urgent, atunci cand apare o situatie nefavor-abila de functionare a instalatiei experimentale (depasirea nivelelor desiguranta, dezamorsarea pompelor, incalzirea peste limita a lichidului etc.)este prevazut un buton de oprire, STOP ALL (vezi figura 3.1.2), prinactiona-rea caruia sunt dezactivate toate iesirile digitale ale modulului deachizitie.

2 Grupul Control Type ın care se gasesc trei butoane (Level Control, Flow

12

Control si Temperature Control) prin intermediul carora se acceseaza sec-tiunile specifice de reglare automata a proceselor indicate de fiecare butonın parte.

2 Grupul Options ın care exista un singur buton prin intermediul caruia selanseaza fereastra de calibrare a traductorului de nivel.

La activarea oricarei ferestre, alta decat cea de conectare (Connect), fereastraprincipala este dezactivata, nemaiputand fi actionat niciun control din aceasta.Astfel, sunt evitate situatiile de conflict generate de eventuale comenzi multiple,date din ferestre diferite.

Tot aici, este descrisa si secventa de cod care se ocupa cu protectia softwarea elementelor de executie la depasirea limitelor de siguranta a nivelului de lichidin bazinul unu. Practic, se monitoarizeaza starea fiecarui senzor discret de nivel,iar deciziile de dezactivare automata se iau ın functie de modul ın care stareaactuala a unui senzor variaza fata de starea anterioara. Aceasta sectiune de codse executa periodic, la expirarea unei anumite perioade de timp presetate egalecu perioada specificata pentru achizitia datelor (perioada de esantionare).

Pentru ınchiderea aplicatiei se apasa pe butonul Close ce are forma de x sise gaseste ın coltul din dreapta sus al ferestrei.

3.1.2 Fereastra Flow Control

In sectiunea Flow Control sunt implementati algoritmi de reglare de tip P, PIsi PID pentru reglarea debitului de lichid prin pompa trei (care preia lichiduldin bazinul unu).

Pentru bucla de reglare se ia ca intrare masurabila semnalul primit de latraductorul de debit montat pe conducta de evacuare a lichidului din bazinulunu, ınainte de pompa trei.

Figura 3: Fereastra pentru reglarea automata a debitului

13

Referinta este data de catre utilizator prin mentionarea valorii numerice adebitului dorit ın caseta corespunzatoare.

Utilizatorul poate alege ıntre modurile de oprare manual si automat prin acc-tionarea butonului Auto Mode, care capata culoare orange atunci cand modulautomat este activ. De asemenea, este permisa alegerea tipului de controler ceurmeaza a fi integrat ın sistemul de reglare.

Figura 4: Sectiune pentru alegerea tipului de regulator si comutare manual/automat

Parametrii structurali ai buclei de reglare (amplificarea, timpul de integraresi timpul de derivare) sunt specificate de catre operator, ın functie de tipul decontroler selectat la un anumit moment de timp. Dupa acordarea regulatoru-lui (atribuirea valorilor numerice pentru parametrii regulatorului) trebuie sa seapese butonul de actualizare a parametrilor (Parameter Update).

Figura 5: Sectiune pentru acordarea regulatorului

Actionarea elementelor de executie implicate ın functionarea procesului,atunci cand vorbim de reglarea nivelului, respectiv pompele unu, doi si trei,se face prin apasarea simbolurilor corespunzatoare din schema aflata ın parteadreapta a ecranului. Schema este o reprezentare schitata instalatiei de lucru(bazinul unu pe care se indica nivelul de lichid prin intermediul unei benzi deculoare albastru deshis, cele trei pompe si traductorul de debit). Pompele activela un moment dat sunt colorate diferit fata de cele inactive, care sunt albe cucontur negru. Debitul pompei trei poate fi comandat, ın modul manual poatefi modificat prin intermediul unei bare de progres (figura 3.1.2).

Datorita unei structuri software de protectie cu acoperire generala (carefunctioneaza ıntr-un nivel ierarhic superior ferestrei de reglare a debitului), pom-pele se vor opri automat la depasirea nivelelor, inferior sau superior, de siguranta

14

Figura 6: Reprezentare schematica a procesului

ın functionare: cand nivelul de lichid scade sub nivelul senzorului discret plasatla baza rezervorului unu, pompa trei se opreste automat; la cresterea niveluluide lichid peste nivelul limitatorului plasat ın partea superioara a bazinului, mo-toarele unu si doi sunt oprite automat. La oprirea automata a oricarei pompegenerata de depasirea nivelului de siguranta, starea butoanelor corespunzatoaredin schema instalatiei se actualizeaza si ea automat (o pompa care era colorata,figurand ca activa, capata aspectul de inactiv atunci cand este dezactivata demecanismul de protectie).

Parametrii de functionare a buclei de reglare (referinta, iesire si comanda)sunt reprezentare ın trei moduri: prin intermediul unor bare de progres coloratedistinct (verde - referinta, albastru deschis - iesirea masurata si rosu-comanda);numeric prin intermediul unor casete text sutuate langa barele de progrs am-

Figura 7: Reprezentarea parametrilor regulatorului numeric si prin intermediul barelorde progres

intite (vezi figura 3.1.2); si sub forma de grafic (vezi figura 3.1.2) ce se ac-tualizeaza la fiecare moment de timp (expirarea perioadei de esantionare statapentru efectuarea achizitiei de noi valori din sistem) prin culorile specificate maisus.

15

3.1.3 Fereastra Level Control

3.1.4 Fereastra Temperature Control

3.1.5 Fereastra Calibration

Datorita faptului ca nivelul este determinat prin intermediul unui traductorde presiune ale carui caracteristici constructive nu permite o corelare exactasi invarinta ın timp ıntre nivelul de lichid din bazin si valoarea semnalului deiesire din traductor, este necesara urmarea unei proceduri de calibrare ori decate ori valoarea nivelului citit prin intermediul traductorului nu corespundecu cea indicata pe grila bazinului. Cel mai adesea, decalibrarea se produceatunci cand bazinul unu este golit complet, uscat si apoi reumplut, sau candtraductorul de presiune a fost scos si golit de lichid.

Figura 8: Fereastra pentru calibrarea senzorului de presiune

Procedura de calibrare este una foarte facila si usor de intuit, avand pasiinecesari notati chiar ın fereastra. Aceasta procedura este descrisa mai jos:

1. se apasa pe butonul Tank Fill care devine verde. Pornesc pompele 1 sidoi care vor umple bazinul 1. Cand bazinul doi este aproape gol, se apasadin nou pe buton, care redevine rosu;

2. se asteapta cateva secunde pentru stabilizarea nivelului de lichid, timp ıncare controalele din fereastra sunt oprite, apoi se trece ın caseta de mai jos(Top level value (cm)) valoarea ın centimetri citita de pe grila bazinuluiunu;

3. se apasa pe butonul Tank Empty care devine verde si se asteapta panacand bazinul unu devine aproape gol. Acum se apasa din nou pe buton,acesta redevinind rosu;

16

4. dupa un timp de de asteptare prevazut pentru stabilizarea nivelului delichid din bazin, se introduce ın caseta Top level value (cm) valoarea ıncentimetri a nivelului de lichid, citita de pe grila bazinului unu;

5. daca aveti certitudinea ca masuratorile sunt corecte, apasati pe butonulSave Values pentru a memora noii parametri de calibrare. Acestia vor fimemorati si ıntr-un fisier extern pentru a putea fi folositi si la urmatoareleutilizari ale aplicatiei software.

In cazul ın care doriti sa renuntati la urmarea procedurii de calibrare, saudaca nu doriti sa salvati datele noi, apasati butonul Cancel.

ATENTIE! La rularea procedurii de calibrare protectia motoarelorla depasirea nivelelor de siguranta alichidului este dezactivata pentrua putea acoperi o gama mai mare de valori pentru nivel, respectivpentru a realiza o calibrare mai precisa. Prin urmare, utilizatoru-lui ıi revine responsabilitatea de a opri functionarea elementelor deexecutie (motoarelor) ınainte de umplerea, respectiv golirea bazinuluiunu.

3.1.6 Fereastra Connection

Comunicatia cu modulul de intrari si iesiri se realizeaza prin intermediul proto-colului Modbus care functioneaza pe baza unei conexiuni de tip TCP/IP ıntremodul si PC-ul pe care ruleaza aplicatia.

La pornirea aplicatiei se ıncearca o conectare automata la un IP si un numarde port presetate.

Prin intermediul ferestrei de conectare se specifica adresa IP a modululuide achizitie si portul la care se realizeaza conectarea. Este semnalizata, deasemenea, si starea conexiunii prin intermediul unui mesaj text.

Figura 9: Fereastra de conectare a aplicatiei software la modulul de achizitie.

O conexiune activa poate fi oprita prin intermediul butonului Disconnect.In cazul ın care conexiunea curenta s-a rupt sau a esuat ın vre un fel, acest lu-cru este semnalat prin intermediul mesajului Disconnected ın dreptul casetei deindicare a starii conexiunii, iar butonul din fereastra ısi va schimba denumirea

17

ın Reconnect.

ATENTIE! daca o conexiune a fost ınrerupta dupa ce s-a initiatcel putin o comanda de scriere catre modulul de achizitie, apare oeroare hardware de scriere, care, la momentul actual, nu poate firezolvata decat prin resetarea modulului de achizitie urmata de re-lansarea aplicatiei software. Acest lucru este valabil si la softul orig-inal al producatorului ”LC2030 Practical”. La resetarea modululuide achizitie NU se recomanda decuplarea firului de masa, ci pe cel depotential pozitiv.

Din cauza unei particularitati de functionare a unitatii hardware (BK9050Bus Coupler) fereastra de conectare va fi deschisa pe tota durata executieiaplicatiei principale (se poate observa ca butoanele pentru minimizare si ınchidereale ferestrei nu sunt disponibile). In aceasta pagina este descrisa o secventafunctionala destinata ıntretinerii comunicatiei cu modulul de achizitie, pentruevitarea erorilor de scriere. Practic, ın mod periodic, la expirarea unui anumitinterval de timp presetat, se retrimite comanda de scriere ın memoria conec-torului de retea.

3.2 Mod de utilizare

In aceasta sectiune sunt prezentate o serie de instructiuni preliminare de folosirea aplicatiei software ın scopul exploatarii optime si ın conditii de siguranta ainstalatiei (procesului) conduse.

3.2.1 Reglare Nivel

3.2.2 Reglare Debit

3.2.3 Reglare Temperatura

3.3 Posibilitati de dezvoltare

Aplicatia software reprezenta o structura deschisa a carui cod sursa este completdisponibil pentru utilizator. Astfel ca se pot face dezvoltari ın diverse directii.Se poate proceda fie la ımbunatatirea structurilor actuale de regulatoare pentrueliminarea unor comportamente nedorite ale procesului condus (filtrari de date,adaugarea unos structuri de predictie etc.), fie la implementarea unor tipurinoi de control, fata de structurile calasice implementate deja (control adaptiv,optimal, predictiv).

In afara scopului primar de reglare de proces, soft-ul poate fi extins prinrealizarea unor sectiuni specifice care sa se ocupe de identificare (ın timpreal - online/recursiva) de sistem, sau care sa organizeze experimente detrasare a caracteristicilor traductoarelor din instalatie, ın masura ın care acesteexperimente se pot realiza direct pe insatalatia respectiva. Astfel, se atingalte doua domenii ale automaticii, pe langa cel al teoriei reglarii: modelarea siidentificarea sistemelor si senzori, traductoare si sisteme de masura.

18

A Modul de achizitie Beckhoff - Functionare siutilizare

Modulul de achizitie de la Beckhoff este un dizpozitiv compact ce este alcatuitdin modul de comunicatie BK9050, terminalele de achizitie, intrari digitale(KL1408 si KL2408) si intrari analogice (KL3464 si KL4404), si un termina-tor de magistrala ( BK9010). Rolul acestuia fiind acela de a face legatura ıntreterminalele de achizitie si magistrala de comunicatie.

A.1 BK9050 - Modul de achizitie

Figura 10: BK9050

BK9050 este un modul de achizitie modular si extensibil, ce folosesteprotocolul de comunicatie Ethernet. Acesta poate fi compus dintr-un modulde comunicatie , un terminal de achizitie (poate fi un terminal de intrari, iesirianalogice sau digitale) si un terminator de magistrala.

Datorita extensiei K-bus modulului i se pot atasa un numar de pana la255 de terminale de achizitie, acestea fiind recunoscute de catre modulul decomunicatie.

Modulul suporta vitezele de 10 Mbit/s si 100 Mbit/s ale conexiunii Ether-net,aceasta facanduse prin intermediul unui conector de tip RJ45.

Adresa IP este setata prin intermediul switch-ului DIP (setat pentru o liberaselectare a acesteia). In retelele cu DHCP , adresa modulului este setata de catreserverul DHCP.

BK9050 suporta comunicatia de tip ADS TwinCat, aceasta face accesibileunelte de configurare si drivere specifice Windows NT/2000/XP pentru pro-gramare ın orice limbaj de nivel ınalt (DLL) si pentru aplicatii Visual Basic(ActiveX). Aplicatiile cu interfata OPC pot accesa comunicatia ADS prin inter-mediul unui server OPC.

19

Aditional la ADS, modulul suporta comunicatia Open Modbus (ModbusTCP), un protocol master/slave, bazat pe TCP/IP.

Modulul de achizitie poate fi accesat si de catre un sistem de control , precumPLC ( programmable logic controller) sau un PC - industrial ( IPC).

20

A.2 KL1408 - Intrari digitale

Figura 11: KL1408

KL1408 este un terminal de achizitie, de intrari digitale. Acesta primesteca intrari semnale ale logicii booleene, de la nivelul procesului, urmand a fitransmise catre unitatea de control.

Cele 8 leduri ale terminalului indica starea celor 8 canale de semnal aleacestuia, pentru ficare canal sunt implementate filtre cu viteze diferite.

Este contruit pentru a fi folosit in spatii inguste , utilizand tehnica ”single -ended” de conectare se foloseste un numar cat mai mic de fire.

21

22

A.3 KL2408 - Iesiri digitale

Figura 12: KL2408

KL2408 este un terminal de achizitie, de iesiri digitale. Acesta transmiteca iesiri semnale ale logicii booleene primite de la unitatea de control, catreelementele de executie dorite. Cele 8 leduri ale terminalului indica starea celor8 canale de semnal ale acestuia.

Este contruit pentru a fi folosit in spatii inguste , folosind tehnica ”single -ended” de conectare se foloseste un numar cat mai mic de fire.

23

A.4 KL3464 - Intrari analogice

Figura 13: KL3464

KL3464 este un terminal de achizitie, de intrari analogice, avand 4 canale, iarsemnalele primite de la nivelul procesului, sunt cuprinse ıntre 0 si 10 V. Acestuisemnal ıi este rezervat un spatiu de 12 biti si este transmis catre unitatea decontrol.

Din cele 8 leduri ale terminalului, doar 4 sunt folosite, acestea indica existentaunui transfer de date pe canalul respectiv. Fiecare intrare a terminalului esteconectata prin intermeniul a 2 fire, unul de potenttial pozitiv si unul de potentialde masa, acesta din urma fiind comun pentru toate cele 4 intrari.

24

A.5 KL4404 - Iesiri analogice

Figura 14: KL4404

KL4404 este un terminal de achizitie, de iesiri analogice, avand 4 canale,iar semnalele, primite anterior de la unitatea de control, sunt transmise catreelementele de executie din cadrul procesului. Semnalele transmise sunt de tipanalogic cuprinse ıntre 0 si 10 V.

Din cele 8 leduri ale terminalului, doar 4 sunt folosite, acestea indica existentaunui transfer de date pe canalul respectiv. Fiecare iesire a terminalului esteconectata prin intermeniul a 2 fire, unul de potenttial pozitiv si unul de potentialde masa, acesta din urma fiind comun pentru toate cele 4 iesiri.

25

A.6 KL9010 - Terminator de magistrala

Figura 15: KL9010

Terminalul KL9010 este necesar pentru a asigura schimbul de date ıntremodulul de achizitie si terminalele acestuia.

Fiecare unitate de achizitie trebuie ıncheiata la capatul din dreapta cu unterminal KL9010, numit terminator de magistrala. Acest terminal nu are altafunctie sau facilitate.

26

B Caracteristici tehnice

Pentru a putea opera ın deplina siguranta cu instalatia LC2030 este absolutnecesar sa fie avute ın vedere limitarile structurale si caracteristicile specialepentru toate echipamentele din componenta sa (elemente de executie si traduc-toare). Din acest motiv va punem la dispozitie urmatoarele detalii de ordintehnic:

B.1 Traductor de Presiune - VEGABAR 14

VEGABAR 14 este un traductor de presiune produs de catre VEGA GrieshaberKG, Germania. Acesta este conceput ın asa fel ınat sa poata masura presiunearelativa, absoluta si cea de vacuum, produsele masurate pot fi gaze, vapori saulichide.

Figura 16: Traductor de presiune VEGABAR 14

Pentru masurare traductorul foloseste un element sensibil reprezentat deo celula de masurare de tip CERTEC, presiunea aplicata pe aceasta celulaschimba valoarea condensatorului integrat, iar aceasta variatie a capacitatii con-densatorului este transformata in semnal de iesire.

Semnalul de iesire este un semnal de curent cu o valoare cuprinsa ıntre 4 si20 de mA, el este transmis utilizand 2 fire ce sunt utilizate si pentru alimentareatraductorului.

Prin intermediul potentiometrului de reglaj se poate efectua corectia punc-tului de zero a traductorului.

Datorita dimensiunilor reduse si a cosntructiei speciale, VEGABAR 14 nunecesita o pozitie speciala de montare, el putand fi astfel montat atat verticalcat si orizontal.

27

B.2 Traductor de Debit

Traductorul de debit DPL L403 este produs de catre firma KOBOLD din Ger-mania. Elementul sensibil este constituit dintr-o elice si un element fotosensibil.La curgerea unui lichid, la nivelul traductorului, acesta pune ın miscare elicea,iar aceasta miscare este sesizata de catre elementul fotosensibil.

Semnalul de iesire este de forma unui impuls, generat de elementul fotosensi-bil si cuprins ın intervalul de 0÷ 20mA. Traductorul ofera o linearitate de ±1%si suporta o presiune maxima de 10 bar pentru un debit maxim de 25 l/min.

Figura 17: Traductor de debit - dimensiuni

Figura 18: Contactele traductorului de debit

B.3 Traductor de Temperatura - Pt100

Termometrele cu rezistenta din platina ofera o acuratete excelenta pentru uninterval larg de temperaturi (de la -200 pana la 850 ◦C), iar spre deosebire determocupluri, nu este necesara folosirea unor cabluri speciale pentru conectarea

28

senzorului.

Figura 19: Traductor de Temperatura

Principiul de functionare este acela de a masura rezistenta unui element deplatina, cel mai comun tip este Pt100, care are o rezistenta de 100 de ohmi la0◦C si 138.4 ohmi la 100 ◦C. Relatia dintre temperaqtura si rezistenta esteaproximativ liniara pentru intervale mici.

Figura 20: Graficul variatiei rezistentei ın functie de temperatura

Pentru un senzor de tip Pt100, o schimbare a temperaturii cu 1◦C va de-termina o schimbare a rezistentei cu 0.384 ohmi, astfel chiar si o mica eroare ıncitirea rezistentei, poate provoca o eroare mare in masurarea temperaturii. Da-torita semnalului slab generat este important ca firele senzorului sa fie pastratela distanta de cabluri electrice, motoare, aparataj si alte dispozitive ce emitzgomot electric. Penrtu reducerea interferentelor se foloseste la conectarea sen-zorului cablul ecranat.

29

B.4 Pompe

Pentru golirea si umplerea bazinelor sunt utilizate 2 tipuri de pompe, o pompa cudebit variabil si trei pompe cu debit fix. Ca masura de protectie se recomandaa nu se lasa pompele fara apa si evitarea obturarii totale a robinetilor de peconductele de evacuare a pompelor.

B.4.1 Pompa cu debit variabil

Figura 21: Pompa NDP25/4

NDT 25/4 este o pompa cu debit variabil produsa de catre TOTTON PUMPS,din Marea Britanie. Motorul pompei este alimentat la o tensiune de 230 V,curent alternativ monofazat, cu o frecventa de 50 Hz.

Model Inaltime Lungime Latime Masa Presiunemaxima

Capacitatemaxima

NDP 25/4 100 mm 166 mm 112 mm 2 kg 1.4 bar 25 l/min

Inaltime maxima Interval de temperatura Puterea motorului4.2 m -20◦C÷85◦C 18 W

Tabel 3: NDP 25/4 - Caracteristici

Activarea unui releu din constructia instalatiei implica pornirea pompei,dar viteza de turatie este controlata prin intermediul unui convertizor de faza.Semnalul de activare primit de catre releu este un semnal de tensiune cu ovaloare de 24 V.

30

Figura 22: Dimensiune pompa NDP25/4

Debitul pompei NDP 25/4 este influentat si de ınaltimea maxima doritaastfel :

Figura 23: Grafic debit ın functie de ınaltime

31

B.4.2 Pompa cu debit fix

EHEIM 1046 este un model de pompa cu debit fix, produsa de catre EHEIMGmbH & Co. KG, Germania. Motorul pompei este alimentat la o tensiune de230 V, curent alternativ monofazat, cu o frecventa de 50 Hz.

Figura 24: Pompa EHEIM 1046

In cadrul instalatiei se regasesc 3 astfel de pompe, fiecare avand un rol binedeterminat. Pompele sunt pornite prin activarea unui releu din constructiainstalatiei. Semnalul de activare primit de catre releu este un semnal de tensiunecu o valoare de 24 V.

Model Inaltime Lungime Latime Masa Presiunemaxima

Capacitatemaxima

EHEIM 1046 103 mm 146 mm 75 mm 1.8 kg 1.4 bar 5 l/min

Inaltime maxima Interval de temperatura Puterea motorului1.2 m -20◦C÷85◦C 5 W

Tabel 4: EHEIM 1046 - Caracteristici

32

C Procedura de comutare mod de lucru MAN-UAL/AUTOMAT

Orice solutie de automatizare trebuie sa permita cel putin doua moduri defunctionare, automat si manual.

In momentul ın care una dintre sectiunile responsabile cu reglarea estelansata, modul de lucru implicit este cel manual. In acest mod varierea comen-zilor se face de catre utilizator prin actionarea controalelor specifice. Pornireasi oprirea elementelor de executie de catre utilizator este permisa atat ın modmanual, cat si ın mod automat.

Inainte de a se trece la modul de functionare automata trebuie sa fie alesetipurile de regulatoare folosite, acordarea parametrilor de functionare ai regula-torului selectat si actualizarea acestora.

Pentru fiecare dintre procese, procedura de comutare de la modul manual lamodul automat este asemanatoare:

1. Se aleg tipul / tipurile de regulatoare si parametri de acord ai acestuia /acestora;

2. Se alege o referinta de valoare inferioara ın domeniul de valori admis;

3. Se seteaza o comanda pentru elementul de executie astfel ıncat valoareaiesirii sa fie ın apropierea referintei setate;

4. Se apasa pe butonul Auto Mode din fereastra de lucru pentru ca sarcinareglarii sa fie preluata de algoritmul implementat de aplicatie.

Pentru procesele fara autostabilizare comutarea efectiva (actionarea butonu-lui Auto Mode) se face cand valoarea iesirii se apropie de valoarea referinteisetate.

Motivul pentru care se foloseste porocedura de mai sus este de a protejaelementele de executie de socuri provocare de variatiile initiale foarte mari alecomenzii.

IMPORTANT! NU se recomanda schimbarea tipului de regula-tor ın timp ce instalatia se gaseste ın modul automat de functionare.Daca doriti sa schimbati tipul de regulator, treceti mai ınai pe modul manual.

33

Bibliografie

[1] Ioan Dumitrache - Ingineria reglarii automate - 2010, Ed. Politehnica Press

[2] BECKHOFF Modul BK9050 Ethernet Coupler http://www.beckhoff.

com/english.asp?bus_terminal/bk9000_bk9050.htm

[3] Dr.-ING. Schoop - WinErs Praktikum - http://www.schoop-didactic.de/index.php?option=com_content&view=category&id=159&Itemid=241

34