Sterowanie pracą reaktora chemicznego

Transkrypt

1 Sterowanie pracą reaktora chemicznego Celem ćwiczenia jest opracowanie na sterowniku programowalnym programu realizującego jednopętlowy układ regulacji a następnie dobór nastaw regulatora zapewniających odpowiedni przebieg wielkości regulowanej. Wprowadzenie Panel dydaktyczny ET 722 symuluje statyczne i dynamiczne własności procesu zachodzącego chemicznym. Odpowiedź panelu na zmianę sygnałów wejściowych symuluje zachowanie się obiektu rzeczywistego. Aktualny stan procesu obrazowany jest poprzez świecenie diód w odpowiednich miejscach płyty czołowej panelu. Opis procesu Panel dydaktyczny ET 722 symuluje przebieg procesu zachodzącego chemicznym stwarzając możliwość regulacji temperatury i poziomu. Czynnik A PA AI1 Q6 Mieszadło Q1 M Q2 V1 V2 PB AI2 Czynnik B Aktualny poziom Aktualna temp. AV2 Dopływ medium ogrzewającego Dopływ medium chłodzącego H C V3 PC AV1 V4 V5 Odpływ medium ogrzewającego Odpływ medium chłodzącego AQ2 Q3 AQ1 Reaktor Odpływ produktu Rys.1 Schemat obiektu regulacji Q4 Q5 Reaktor chemiczny otoczony jest płaszczem umożliwiającym ogrzewanie lub chłodzenie czynników znajdujących się poprzez włączenie odpowiednio układu doprowadzającego do płaszcza czynnik grzewczy lub chłodzący. Wewnątrz reaktora znajdują się następujące elementy: a) Sensor dokonujący pomiaru aktualnego stanu poziomu czynników znajdujących się. Jest to sygnał wyjściowy panelu oznaczony symbolem "AI1". Aktualny poziom jest wizualizowany przy pomocy dwóch wyświetlaczy słupkowych, jednego usytuowanego wewnątrz symbolu zbiornika i

2 drugiego znajdującego się w prawej górnej części panelu, oznaczonego symbolem "X, AI1". b) Sensor dokonujący pomiaru aktualnej wartości temperatury czynników znajdujących się. Jest to sygnał wyjściowy panelu oznaczony symbolem "AI2". Aktualna wartość temperatury jest wizualizowana przy pomocy wyświetlacza słupkowego znajdującego się w prawym dolnym rogu panelu, oznaczonego symbolem "X, AI2". c) Mieszadło wprawiane w ruch przez silnik "M". Przypadek, gdy mieszadło jest włączone sygnalizowany jest poprzez świecenie diód wewnątrz symbolu reaktora, świeci się również zielona lampka przy symbolu silnika "M". Doprowadzenie czynników do reaktora Doprowadzenie czynników do reaktora odbywa się przy pomocy dwóch zaworów dwupołożeniowych: zawór "V1" (sygnał sterujący Q1) - doprowadzenie czynnika A -"PA" zawór "V2" (sygnał sterujący Q2) - doprowadzenie czynnika B -"PB" Temperatura czynników jest stała i wynosi 5 o C. Nad symbolem zaworu "V2" znajduje się przycisk umożliwiający symulowanie zakłócenia. Przycisk ten umożliwia ręczne otwieranie zaworu "V2" niezależnie od sygnału sterującego Q2. Ogrzewanie Analogowy zawór "AV2" (sygnał sterując "AQ2") umożliwia płynną (ciągła) regulację ilości medium grzewczego H przepływającego przez płaszcz reaktora. Zakłada się, że zawór "AV2" jest elementem bezinercyjnym, "czysto" proporcjonalnym, bez opóźnienia. Aktualny stan otwarcia zaworu "AV2" jest obrazowany przy pomocy wyświetlacza słupkowego (Y H, AO2) w prawym dolny rogu panelu. Otwarcie zaworu powoduje zapalenie się zielonej lampki sygnalizacyjnej przy jego symbolu. Uwaga: Przepływ medium grzewczego H odbywa się tylko i wyłącznie, gdy otwarty jest zawór analogowy "AV2" (dopływ) i zawór binarny "V5" (odpływ). Przepływ medium grzewczego H obrazowany jest poprzez świecenie czerwonych diód wewnątrz symbolu rurociągu "H" i płaszcza reaktora. Chłodzenie Zawór binarny "V3" (sygnał sterujący "Q3") otwiera dopływ medium chłodzącego C do płaszcza reaktora. Otwarcie zaworu sygnalizuje zielona lampka przy jego symbolu. Uwaga: Przepływ medium chłodzącego odbywa się tylko i wyłącznie, gdy otwarte są równocześnie: binarny zawór "V3" (dopływ) i zawór "V4" (odpływ). Przepływ medium chłodzącego C obrazowany jest poprzez świecenie pomarańczowych diód wewnątrz rurociągu "C" i płaszcza reaktora. Odprowadzenie produktu z reaktora Odprowadzenie produktu końcowego C (oznaczenie PC) odbywa się poprzez otwarcie zaworu "AV1" (sygnał sterujący "AQ1"). Jest to zawór analogowy umożliwiający płynną (ciągłą) zmianę przepływu odprowadzanego produktu końcowego. Sterowanie zaworem

3 "AV1" odbywa się poprzez analogowe wyjście "AQ1". Aktualny stan otwarcia zaworu "AV1" jest obrazowany przy pomocy wyświetlacza słupkowego "Y, AO1" w prawym górnym rogu panelu. Otwarcie zaworu powoduje zapalenie się zielonej lampki sygnalizacyjnej przy jego symbolu. Odpływ produktu końcowego jest sygnalizowany przez świecenie pomarańczowych diód wewnątrz symbolu rurociągu oznaczonego symbolem "PC". Wyświetlacze i potencjometry Po prawej stronie płyty czołowej panelu znajduje się sześć wyświetlaczy i dwa potencjometry, które podzielono na dwie sekcje (3 - wyświetlacze + potencjometr): Wyświetlacz Wskazanie Oznaczenie zielony pomarańczowy czerwony zielony pomarańczowy czerwony wartość zadana poziomu aktualny poziom w reaktorze stopień otwarcia zaworu "AV1" wartość zadana temperatury aktualna temperatura stopień otwarcia zaworu "AV2" "W, AI3" "X, AI1" "Y, AO1" "W, AI4" "X, AI2" "Y H, AO2" Potencjometr u góry: ustawianie wartości zadanej poziomu "W,AI3" Potencjometr u dołu: ustawianie wartości zadanej temperatury "W,AI4" Program ćwiczenia Celem ćwiczenia jest opracowanie programu sterującego pracą reaktora chemicznego, który spełnia następujące wymagania: 1. Program sterujący realizuje kolejne fazy procesu według następującej kolejności: Napełnianie reaktora (3.1) Ogrzewanie i stabilizacja temperatury produktu (3.2) Chłodzenie produktu (3.3) Opróżnianie reaktora (3.4) 2. Istnieje możliwość wybrania jednego z trzech trybów pracy : Tryb ręczny: w celu rozpoczęcia kolejnej fazy należy uaktywnić odpowiednie wejście I1-I4, Tryb półautomatyczny: w przypadku gdy uaktywnione jest wejście I5 wszystkie cztery fazy zostają wykonane jeden raz, Tryb automatyczny: w przypadku gdy uaktywnione jest wejście I6 wszystkie fazy procesu wykonywane są cyklicznie w cyklu zamkniętym (po zakończeniu opróżniania program automatycznie przechodzi do fazy napełniania).

4 3. Reaktor jest napełniany czynnikami A i B w stosunku objętościowym 1 1, gdy wejście I7 nie jest uaktywnione, w stosunku objętościowym 2 1, gdy wejście I7 jest uaktywnione. Napełnianie reaktora W tej fazie odbywa się napełnianie reaktora dwoma czynnikami (A i B). W celu napełnienia zbiornika czynnikiem A lub B należy otworzyć odpowiednio zawór binarny V1 lub V2. Zbiornik należy napełnić dwoma czynnikami w zadanym stosunku objętościowym. Ogrzewanie i stabilizacja temperatury W celu ogrzewania i stabilizacji temperatury należy zastosować regulator PID. Regulacja temperatury odbywa się przy pomocy zaworu analogowego AV2, który umożliwia płynną zmianę przepływu medium ogrzewającego. Początkowo temperatura produktu zmienia się zgodnie z zadaną krzywą, aż do osiągnięcia temperatury zadanej (T zad ). Następnie temperatura jest stabilizowana przez pewien czas t r. W tym okresie pracuje również mieszadło. Chłodzenie produktu Po otworzeniu zaworu V3 i V4 następuje przepływ medium chłodzącego. Faza chłodzenia kończy się z chwilą osiągnięcia przez produkt temperatury jaką miał przed podgrzaniem. Opróżnianie reaktora Opróżnianie reaktora odbywa się poprzez otwarcie zaworu analogowego AV1. h(t) h zad T(t) t r t T zad zadana krzywa Faza1 Faza2 Faza3 Faza4 t Rys.2 Przebieg czasowy poziomu i temperatury

5 Schemat układu regulacji PA AI1 Q1 Q6 V1 M V2 Q2 PB Obiekt AV2 V3 AV1 V4 V5 H C PC Q4 Q5 [0, 10V] Q3 T [0,10V] T zad D/A D/A A/D A/D Sterownik CV PID PV [320, 32000] + SP BIAS = 0 Rys.3 Schemat układu regulacji temperatury chemicznym