Dvoupolohová regulace teploty
Dvoupolohová diskrétní regulace je nejrozšířenějším a nejjednodušším typem regulace vůbec. Lze se s ní setkat i v domácích spotřebičích – regulace teploty žehličky, chladničky apod.
Zadání
- Zapojte laboratorní úlohu dle schématu a spusťte program pro její ovládání.
- Zjistěte a zhodnoťte přesnost a kvalitu regulace v závislosti na poloze senzorů v regulované soustavě.
- Zjistěte a zhodnoťte přesnost a kvalitu regulace v závislosti na pracovním bodu regulované soustavy.
Schéma zapojen
Obr. 1 Blokové schéma zapojení
Obr. 2 Průběh regulované a akční veličiny
S využitím mikrokontroléru PIC16F876A je realizována úloha dvoupolohová regulace teploty. Jako akční člen (zdroj tepla) je použita žárovky ovládána PWM signálem. Ovládání a konfigurace řízení této úlohy je realizováno v prostředí Control Web. Tato aplikace tvoří nadřazenou úroveň řízení této úlohy.
Teoretický rozbor
Podstatou dvoupolohové regulace je udržování regulované veličiny mezi horní a dolní mezní hodnotou. V okamžiku zahájení regulace dojde k sepnutí akční veličiny, neboť regulovaná veličina je pod horní i dolní mezi. Teplota postupně narůstá a v okamžiku, kdy dosáhne horní meze, akční člen vypne. K opětovnému sepnutí akčního členu dojde při poklesu regulované veličiny pod minimální hodnotu. Tuto regulaci lze realizovat pomocí boolovy algebry a vhodnou realizaci sekvenční logické funkce například pomocí hradel viz http://352lab.vsb.cz/Podklady/MaST/DvoupolohovaRegulace.pdf.
Zde je tato regulace realizována pomocí jednočipového počítače řady PIC. Teplota je snímána pomocí digitálního teplotního čidla DS18B20. Jedná se o digitální teploměr, který měří teplotu v rozlišení 9 až 12bitů. Zařízení dokáže měřit teploty od -55 °C do 125 °C. Přesnost měřené teploty je ± 2°C. Pro přesnost ±0,5 °C se měřený rozsah zmenšuje na
-10 °C až 85 °C. Podrobný popis senzoru je zde.
Obr. 3 DS18B20 – Teplotní senzor
Pro záznam průběhů provozních veličin a konfiguraci regulátoru je použitý systém Control Web.
Obr. 4 Aplikace v Control Webu 8
Aplikace vytvořená v prostředí Control Web 8 slouží k přijímáni a odesílání dat mezi mikropočítačem PIC a uživatelským rozhraním. V mikropočítači PIC je implementován algoritmus regulace s možností modifikace parametrů regulace. Dále cyklicky načítá technologická data pro grafické zobrazení (aktuální teplotu a akční zásah). Součásti aplikace je také graf s historií 2 minut, který slouží pro sledování aktuální teploty. Graf se automaticky nastaví na požadovaný rozsah teploty. Naměřené hodnoty lze s využitím přístroje „archiver“ ukládat. Uživatel si navolí žádanou hodnotu (doporučená 30-60 °C) a zároveň zvolí horní a dolní mez teploty.
Obr. 5 Tepelná soustava s regulátorem
Postup měření
- Zapojte úlohu podle blokového schématu.
- Spusťte aplikaci v prostředí Control Web. (Aplikace běří ½ hodiny, pak se zastaví. Lze ji opětovně spustit).
- Nastavte 5 různých pracovních bodů teploty a zaznamenejte průběh regulace (min. 3 sepnutí akčního členu pro každý pracovní bod).
- Tato měření proveďte pro 3 různé pozice senzoru teploty.
- Pro vybraná měření změňte hysterezi.
- Zhodnoťte vliv pozice senzoru, vliv změny hodnoty pracovního bodu regulace teploty a vliv změny hystereze na výsledný průběh regulace.
Kontrolní otáčky
- Co je výstupem (jaký signál) ze senzoru DS18B20?
- Čím je způsoben překmit a podkmit regulované veličiny při dvoupolohové regulaci teploty?
- Co je to PWM modulace?