Controlul Proceselor Neliniare Utilizând Automate Programabile

Introducere

Odata cu progresul tehnicii, calculatoarele au devenit elemente esentiale pentru implementarea sistemelor de reglare automata. Utilizarea acestora sau a sistemelor cu microprocesor are multe avantaje. Multe probleme legate de implementarea analogica, asa cum sunt cele legate de precizia componentelor utilizate, pot fi evitate utilizand un calculator. Este, de asemenea, posibil sa se realizeze calcule mult mai complicate, cum ar fi iteratiile sau solutiile unui sistem de ecuatii, cu ajutorul unui calculator. Toate operatiile neliniare si, de asemenea, multe operatii liniare, utilizand echipamente analogice, sunt supuse erorilor, in timp ce aceleasi calcule pot fi executate precis cu ajutorul unui calculator. In plus, functii de alarma, pornire sau inchidere a echipamentelor sunt foarte usor de implementat pe un calculator. In cele din urma, este posibil, fara multa dificultate sa se implementeze si o buna interfata grafica pentru utilizatorul final.

Tot din aceasta categorie a sistemelor cu microprocesor fac parte si automatele programabile. In ultimii ani, acestea au reusit sa se impuna ca principalele echipamente de calcul utilizate la conducerea proceselor industriale. Principala caracteristica a automatelor programabile este modularitatea: sub conducerea unui microprocesor se gasesc module pentru marimile analogice sau digitale, module pentru marimile de intrare sau iesire din proces, module de comunicatie cu alte retele industriale. Un alt avantaj a acestor automate programabile este prezenta unor limbaje de programare – in care se pot proiecta si implementa cu usurinta algoritmii de reglare pentru procese – precum si posibilitatea construirii unei interfete grafice (interfata om - masina) care permite supravegherea mult mai usoara a marimilor procesului de catre operatori.

In aceasta lucrare mi-am propus sa realizez un algoritm care sa regleze mai fin pozitia pe verticala a unei bile de plastic aflata intr-un tub perforat. Bila este propulsata de un curent de aer produs de un ventilator (motorul unui feon) ce se situeaza in partea inferiora a tubului. Pozitia curenta a bilei este furnizata de un traductor de pozitie cu infrarosii plasat in capatul opus al tubului. Instalatia descrisa mai sus “ascunde” un proces cu o caracteristica statica neliniara a iesirii in functie de comanda data. Aceasta lucrare a mai fost realizata, insa noutatea la lucrarea mea este faptul ca am realizat o reglare mai fina folosind algoritmii de reglare implementati cu ajutorul unui automat programabil ControlLogix. Conducerea procesului s-a dorit a fi realizata cu regulatoare numerice simple incercand astfel o exploatare maxima a resurselor hardware si software ale automatului (automat ce exista in dotarea laboratorului Rockwell din cadrul facultatii). De asemenea pentru o mai buna supraveghere a evolutiei marimilor procesului s-a realizat si o interfata om – masina. Implementarea algoritmului de regalare a fost facuta in RSLogix – mediul de programare al automatului, iar interfata grafica in RSView. O descriere detaliata a automatului se va face in capitolul 5 iar a programelor utilizate in capitolul 6.

Aceasta lucrare poate fi folosita si in scop didactic, familiarizand utilizatorii cu dezvolatarea programelor de conducere a proceselor prin intermediul automatului programabil.

Instalatia si procesul neliniar

In introducerea acestei lucrari am amintit pe scurt partile compenente ale instalatie si faptul ca procesul ce sta in spatele ei este neliniar. In aceast capitol voi relua cele doua subiecte incercand sa le detaliez pe fiecare in parte.

2.1 Descrierea instalatiei

Instalatia studiata este compusa dintr-un feon montat la capatul inferior al unui tub perforat. In acest tub este introdusa o minge de plastic care isi poate modifica pozitia pe verticala in functie de intesitatea curentului de aer produs de motorul feonului. Domeniul in care aceasta minge se poate deplasa este de aproximativ un metru. Debitul de aer se poate controla in functie de tensiunea aplicata motorolui feonului. Acesta se comanda cu o tensiune cotiunua reglabila in intervalul de 1,5 – 6,5 volti.

Pozitia curenta a bilei este furnizata de un traductor de proximitate cu radiatii infrarosii montat in partea superioara a tubului de plastic. Traductorul este un dispozitiv optoelectronic produs de firma Sharp (GP2Y0A02YK). Acesta face citiri continue si raporteaza distanta analogic. Interfata are 3 fire (alimentare, masa si iesire analogica) si are nevoie de un conector JST care se livreaza cu senzorul. Are un domeniu de detectie situat intre 20 si 150 cm, un timp de raspuns mediu de 39 ms si functioneaza cu un curent de 33 mA. Pentru o buna functioanare, acest traductor trebuie alimentat cu o tensiune continua, VCC situata in domeniul dde 4,5 – 5,5 V, producand o tensiune de iesire V0 cuprinsa in intervalul 0,5 - 2,5 V. Aceasta tensiune de iesire variaza in functie de distanta fata de tarductor la care se afla obiectul investigat.