Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
SterControl
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Inteligentne sterowanie systemem grzewczym

maciej798 18 Maj 2010 17:11 4191 18
  • #1 18 Maj 2010 17:11
    maciej798
    Poziom 12  

    Witam,

    realizuje prace inżynierską, a mianowicie, za pomocą sterownika plc będę sterował grzałką (zrealizowaną z oporników), która to będzie ogrzewać pomieszczenie makietę o wymiarach 30x30x30 wykonana z drewna. Do sterownika będzie podpięty również pt 100. Temperatura będzie regulowana dwu stanowo, na zasadzie włącz/wyłącz grzałkę z odpowiednia histerezą. Co można do takiego systemu regulacji temperatury dodać aby była ona inteligentna. To znaczy np. zastanawiałem się nad odpowiednim wcześniejszym załączeniu i analogicznie wyłączeniu grzałki, która ma swoją bezwładność cieplną, co spowoduje zmniejszenie kosztów energii. Będę to realizował metodą prób i błędów bo nie wiem jak inaczej się do tego zabrać.

    1. Pytanie pierwsze jak profesjonalnie zabrać się za obliczenie bezwładności cieplnej mojej grzałki, żebym wiedział o ile wcześniej ją załączyć żeby o określonej zadanej godzinie była już zadana temperatura.

    2. Druga sprawa co można jeszcze dodać aby instalacja ta była inteligentną.

    0 18
  • SterControl
  • #2 19 Maj 2010 08:30
    fantasta
    Poziom 29  

    Jak ma być to praca inż to raczej powinno być to zrobione na PID a nie na włącz/wyłącz... O trybie ON/OFF i histerezie napiszesz w pracy kilka stron czyli praca semestralna w technikum. W opcji PID możesz rozpisać się bardzo szeroko i jest to system który stosuje się w poważnych inż aplikacjach.
    Po drugie zrobiłbym grzałkę z drutu oporowego a nie rezystorów, po trzecie dodałbym wentylatorek i pokazał też opcje chłodzenia, po czwarte wprowadziłbym zakłócenia do układu w postaci halogenu imitującego słońce w słoneczny dzień i np. otwierane drzwi aby pokazać zakłócenia w układzie grzania.

    Bezwładność sprawdza się doświadczalnie lub laboratoryjnie na badanym układzie. W przypadku PID badasz reakcje układu na skok jednostkowy i wtedy dobierasz nastawy. To takie moje spostrzeżenia jako na prace inż.

    0
  • #3 19 Maj 2010 11:47
    maciej798
    Poziom 12  

    Nigdy nie miałem styczności z PID muszę zaznaczyć.

    Jest ogólne równanie u(t)=Kp* e(t) +Ki *1/Ti∫e(t)dt +Td*(d/dt)e(t)

    gdzie:

    e(t) - uchyb

    Kp – wzmocnienie części proporcjonalnej regulatora

    Ki – wzmocnienie części całkującej

    Ti – stała czasowa całkowania

    Td – stała czasowa różniczkowania – czas wyprzedzenia

    jak wyznaczyć Kp i Ki ?

    bo T - to powtarzający się (ustalony) czas pomiędzy kolejnymi,sąsiednimi maksymalnymi osiągnięciami temperatury,mierzony w sekundach.

    czyli znalazłem, że mogę przyjąć ti = T td = 0,25* T

    0
  • SterControl
  • #4 19 Maj 2010 12:19
    fantasta
    Poziom 29  

    To co ty robisz za studia ??

    0
  • #5 19 Maj 2010 12:56
    maciej798
    Poziom 12  

    Nie miałem styczności w sensie laboratoryjnej, nigdy nie projektowałem takiego regulatora. Moja wiedza opiera się na jednym wykładzie.

    Dodano po 26 [minuty]:


    Wzór chyba powinien być tak, a nie jak wcześniej pisałem

    u(t)=Kp* {e(t) +Ki *1/Ti∫e(t)dt +Td*(d/dt)e(t)}

    a uchyb e(t) to po prostu odchyłka, czyli w moim przypadku różnica temperatur

    Nadal nie wiem co z Kp i Ki

    0
  • #6 19 Maj 2010 13:50
    acid12
    Poziom 21  

    Ciebie interesuje wzor na dyskretny PID
    gdzie zamiast calki masz sume, a zamiast rozniczki, różnice dwóch ostatnich wartosci. (mozna wiecej przy PID wyzszego rzedu ale tym sie nie baw)

    oprocz tego, mozesz brac do calki/rozniczki wartosc błedu wprost lub już pomnożoną rzez człon proporcjonalny, tu tak naprawde wszystko zalezy od ukladu

    Twój wzor można przekształcić do takiej postaci:
    X(n) = Kp * e(n) + Ki * S(n) + Kd * (e(n)-e(n-1)),
    gdzie S(n) = S(n-1) + e(n)

    a jak wyznaczyc odpowiednie wartosci członów ? albo doswiadczalnie ;) albo ... poszukaj w necie o metodach strojenia regulatora PID

    albo metoda Zichlersa-Nicolsa (pewnie przekreciłem nazwe)
    albo metoda QDR (Quarter-Decay Ratio),

    ja robiłęm podobny projekt na zaliczenie jednego przedmiotu na swoich studiach, i uzylem tej drugiej metody do wyznaczenia wartosci :)

    potrzebujesz wykresu skoku jednostkowego ... szczegoly w necie ;)

    --------------

    a co do czesci 'inteligentne sterowanie' ... pomysl jak działają systemy pogodowe w inteligentnych budynkach.
    i na 100% wbuduj tam gdzies wentylatorek, najlepiej jakis podlaczony do ogniwa chlodzącego abys nie dmuchał poprostu powietrzem o temperaturze otoczenia, ale zimniejszym

    0
  • #7 19 Maj 2010 14:39
    fantasta
    Poziom 29  

    Ten cały magiczny wzór i obliczenia to będziesz miał ładnie na teoretyczną część pracy. Opiszesz sobie wszytko łącznie z nastawami, historią itd ;) i stron przybędzie.

    Co do praktycznej części to piszesz że chcesz zrobić na PLC. Sterowniki mają zaimplementowaną obsługę regulatorów PID (przynajmniej te poważne PLC) W nich ustawiasz 3 parametry, na nich możesz zrobić skok jednostkowy, dobrać parametry z tabeli i biega. Nowsze sterowniki mają PID z autotuningiem. Czyli defakto sterownik sam, mierzy układ, dobiera i ustawia parametry a ty wpisujesz tylko wartość zadana i wartości graniczne.

    0
  • #8 19 Maj 2010 16:47
    maciej798
    Poziom 12  

    Tylko, ze ja nie będę tego realizował na typowym sterowniku plc lecz na :

    WebEmbed jest samodzielnym, maksymalnie zminiaturyzowanym kompletnym serwerem sieci web (serwer HTTP i FTP), dostosowanym do pracy w warunkach przemysłowych. Jest on przeznaczony do sieci z protokołem TCP/IP - dla zarówno już istniejących jak i nowo powstających systemów elektroniki, automatyki i pomiarów, które takiego interfejsu nie posiadają.

    WebEmbed to równocześnie programowalny sterownik: posiada on wbudowany interpreter języka sterowania WESCL, a programy sterujące (w postaci plików tekstowych) użytkownik tworzy sam i przesyła za pomocą FTP.

    Więc niestety nie mam żadnych zaimplementowanych regulatorów. wszystko musze stworzyć sam

    Dodano po 1 [godziny] 21 [minuty]:

    W moim wypadku regulator pid będzie pełnił role termostatu ? Będzie sterował grzałką w sensie załącz/wyłącz w sposób bardziej precyzyjny tak ?

    wartość e(n) czyli różnica temperatur np. 10

    co to będzie moje e(n-1) oraz S(n-1) ?

    0
  • #9 19 Maj 2010 18:41
    fantasta
    Poziom 29  

    Jeżeli chodzi o termostat to to masz znowu duże możliwości wyboru.
    Może sterować ON/OFF tylko dużo bardziej precyzyjniej lub może sterować metodą sterowania grupowego lub fazowego. Wszystko to zależy od rodzaju elementu grzejnego oraz wymaganej precyzji. W twoim przypadku jak zrobisz ON/OFF na PID który będzie działać to będzie super.

    Jeżeli chodzi o ten twój sterownik to nic o czymś takim nie słyszałem nawet google chyba także nie wie co to jest. Te uczelnie zawsze uczą tego co nie jest potrzebne i nie stosowane. Dostali pewnie jakiś produkt od firmy i teraz muszą męczyć tym studentów...
    Wiec dokładnie przemyśl sobie czy dasz rade. U mnie na studiach praktycznie cały semestr na automatyce był poświęcony na PID a drugi na laborki i ćwiczenia i po tym całym roku połowa ludzi i tak nie potrafiła napisać modelu regulatora w Matcad`ie. Firmy takie jak Siemens, Omron czy SAIA nie na darmo w swoich PLC ma już zaimplementowane bloki regulatorów gotowe do użycia

    0
  • #10 19 Maj 2010 18:46
    maciej798
    Poziom 12  

    tak sterowniki oczywiście zostały wycofane już z produkcji a firma zbankrutowała... lecz logika do tego sterownika jest prosta i moją ideą jest tutaj połączenie sterowania i wizualizacja tego regulatora na stronie html

    Natomiast tutaj moje pytanie do wzoru na pid dyskretny :

    X(n) = Kp * e(n) + Ki * S(n) + Kd * (e(n)-e(n-1)),
    gdzie S(n) = S(n-1) + e(n)

    wartość e(n) czyli różnica temperatur np. 10

    co to będzie moje e(n-1) oraz S(n-1) ?

    0
  • #11 19 Maj 2010 19:28
    acid12
    Poziom 21  

    ideą jest słowo klucz 'dyskretny' czyli w jednostkach czasu, a nie ciągły.
    Twój sterownik (jakikolwiek to on jest) wykonuje program w cyklach które trwają jakiś czas i powtarzają się nonstop.

    e(n) - tj wartość w tej chwili, w bieżącym cyklu
    e(n-1) tj wartość z poprzedniego cyklu (tak musisz ją gdzieś zachować)

    algorytm wywołujesz w jakis cyklach, odstepach czasu,
    nie możesz wywoływać algorytmu co 100ms bo Twój układ (temperaturowy) ma za dużą bezwładność i będziesz miał krzaki.

    jakiś licznik i np wywolujesz algorytm PID co 0.5s, 1s ... może więcej ... musisz zobaczyć, wszystko zalezy :).

    --------------------

    Tak jak kolega wyżej pisze, w obecnych czasach PID sa zaimplementowane w sterownik i czesto wystarczy wrzucic bloczek, ustawic parametry i wsio.
    Ty niestety musisz sie troche pomeczyć, ale da rade to zrobić.

    Ja swoj algorytm na mikroprocesor ATmega w C, wraz z obsługą grzałki i wentylatorka, komunikacja i sterowaniem z pc napisałem wciągu 3,4 zajęć na uczelni :)

    1
  • #12 19 Maj 2010 20:16
    maciej798
    Poziom 12  

    a można jeszcze prosić dyskretny regulator pid przedstawić na przykładowych parametrach ? Jaką wartość powinienem uzyskać jako X(n). Bo steruje pracą grzałki tak, więc moja wartością uzyskaną z algorytmu jest temperatura ? i jeżeli przekroczy ona zadaną to grzałka się wyłączy ?

    0
  • #13 19 Maj 2010 20:37
    acid12
    Poziom 21  

    nie, zle to rozumiesz.

    e, tj blad, roznica miedzy temperatura zadana, a obecna w układzie (raz dodatni, raz ujemny, w stanie stabilnym = 0)

    ten blad wysyłasz do algorytmu PID, gdzie dostajesz wartość kontrolną X jako efekt działania algorytmu.

    X jest wejsciem do układu sterowania, który nie mam pojęcia jak masz zrobiony :)
    Jeżeli na zasadzie ON-OFF ... to troche mało jak na inżyniera.

    X jest liczbą (np 16 bitów, zazwyczaj wartości dodatnie oraz ujemne) ... tą liczbą możesz sterować np jakimś wyjsciem analogowym który steruje napieciem / prądem podawanym na oporniki (chyba tak to masz zrobione)

    ---------

    aha, mała poprawka, do członu różniczkującego, możesz zamiast błędu brać wartości wyjścia układu ... zamiast e, y, ale nie musisz :)

    1
  • #14 19 Maj 2010 21:13
    maciej798
    Poziom 12  

    Dlaczego to mało ? w moim serwerze mam tylko wejścia analogowe i wejścia i wyjścia cyfrowe, więc nie mam możliwości sterowania napięciem prądem na opornikach.

    Ale regulator PID zastosowany przeze mnie spowoduje, że mimo dużej bezwładności układu będzie on wyłączał grzałkę odpowiednio szybko tak ?

    0
  • #15 19 Maj 2010 21:38
    fantasta
    Poziom 29  

    Tak na szybko to różnica między zwykłym ON/OFF a PID ON/OFF jest taka.
    Załóżmy że ustawiasz sobie że twoja temp zadana to 22 stopnie. Zwykły włączy grzałkę a gdy temp osiągnie 22 stopnie ją wyłączy; przy czym jako że grzałka jest jeszcze ciepła pokój nagrzeje się do załóżmy 24 stopni. Jak temp osiągnie 21 bo tak np. ustawisz histerezę grzałka włączy. Jest to grzałka, wiec zanim się nagrzej temp zdąży już spaść do 20. Nagrzeje się wyłączy sie przy 22 stopniach itd. Co z tego wynika? W pomieszczeniu temp będzie ci oscylowała od 20 do 24 a to chyba nie jest dobrze.

    Teraz gdy zrobisz to na PID. Zakładamy że dom jest wychłodzony, ma 19 stopni. PID załączy grzałkę, będzie ją trzymał włączona do załóżmy 20, potem będzie załączał ja np co 2 sek na 5 sek, gdy temp osiągnie 21 co 5 sek na 1 sek a gdy będzie 22 stopnie będzie załączał ja co 15 sek na 1 sek i tak temp będzie stale utrzymywana w tym układzie. To jest układ idealny, przy super ustawionym regulatorze i bez zakłóceń. Tak jak pisałem wcześniej warto wprowadzić zakłócenia czyli np. otwierane drzwi. Pomieszczenie ochłodzi się i PID zacznie znów ustawiać temp na 22 aż osiągnie stabilność. To w skrócie tryb ON/OFF w układzie PID.

    No i to jest najprostszy układ PID. Konkretniej wyglądał by układ z wyjściem analogowym gdzie regulator dobierałby wartość napięcia zasilania grzałek aby osiągnąć stabilność.

    0
  • #16 19 Maj 2010 21:44
    acid12
    Poziom 21  

    dlaczego ON-OFF to mało ? bo to roboty na 1 popołudnie.
    cały ten projekt jak dla mnie to raczej na zaliczenie przedmiotu a nie praca inżynierska.

    skoro masz wyjscia cyfrowe, to mozesz zrobic schodki, np 4 rezystory podlaczone do 4 wyjsc i zapalane stopniowo, to juz lepsze niz zwykle sterowanie on-off.

    nie wiem gdzie Ty studiujesz ze tak malo wiesz o PID,tj praktycznie podstawa, nie mowie ze masz odrazu wiedziec jak zbudowac, ale jak działa, na czym polega istota! na Twoim miejscu zabrałbym sie za lekture, na poczatek teorii sterowania, przez wikipedie i to forum do mnóstwa materialow odnosnie tego tematu jakie mozna znalezc w necie.

    masz sterownik do dyspozycji, to próbuj, kombinuj cos, pokaż co masz zrobione, kawałek programu, schemat podłączeń, cokolwiek.

    i zdecydowanie zastanow sie co oznacza 'inteligentne' bo na PID to sie nie kończy

    0
  • #17 19 Maj 2010 23:03
    maciej798
    Poziom 12  

    1. Otwieranie drzwi jako zakłócenie może być mechaniczne ? Wątpię, żeby w jakimś inteligentnym domu drzwi były otwierane zdalnie..

    2. Wiatraczek może być sterowany dwustanowo ? Nie występuje w sterowaniu klimatyzacyjnym żadna bezwładność tak ?

    3. Chciałem zastosować ogniwo peltiera, lecz jestem ograniczony ponieważ potrzebuje ono 4A a ja na wyjściu cyfrowym mam ograniczenie do 1 A, jakieś propozycje do ogniwa chłodzącego ?

    0
  • #18 03 Cze 2010 20:12
    elektrocyber
    Poziom 13  

    "Chciałem zastosować ogniwo peltiera, lecz jestem ograniczony ponieważ potrzebuje ono 4A a ja na wyjściu cyfrowym mam ograniczenie do 1 A"
    To nie problem wyjście cyfrowe do 1A może zamknąć styk przekaźnika o obciążalności np. 6A.

    0
  • #19 04 Cze 2010 11:30
    wasek88
    Poziom 15  

    Ja np na mojej pracy przejsciowej mialem do zrealizowania bok funkcyjny algorytmu PID z predyktorem smitha. Polecam zastosować taki algorytm sterowania obiektami typu cieplnego. Jak zidentyfikujesz obiekt, oraz jego opóźnienie to ten algorytm będzie doskonale nadawal się do tego przypadku. Jak wiadomo obiekty cieplne charatkeryzuja sie dużym opóźnieniem. Dzięki zastosowaniu typowego prędkościowego algorytmu sterowania PID czas regulacji (bez przeregulowania) będzie bardzo długi ze względu na istniejące opóźnienie. Jeśli chodzi o wyższą szkołę jazdy to można uwzględnić kompensacje zakłócenia-czyli przy włączeniu wentylatora/okna itp. układ nie czeka na opadnięcie temperatury, tylko reaguje wcześniej. Sterowanie: Standardowy sterownik, może być z niższej półki + przetwornik C/A + przetwornik A/C. Można ominąć stosowanie przetwornika C/A za pomocą układu kaskadowego oporników(nie wiem czy można tak to nazwać-nie jestem elektrykiem-chodzi mi o załączenia kilku różnej liczby oporników). Dokłądność oczywiscie bedzie mniejsza, ale zapewni to bardziej elastyczną regulację temperatury w układzie niż układ ON/OFF, ale spowoduje to "zabranie" wyjść cyfrowych.

    0