Vodárny V1 - V4

From DCEwiki
Jump to: navigation, search
Hlavní stránka Laboratorní modely Vyučované předměty Vybavení Historie Správce laboratoře Pro studenty Odkazy
Schema modelů Vodárna V1 až V4

Laboratorní modely Vodárna V1 až V4 vznikly jako součást diplomové práce Jiřího Hanzlíka [1] v roce 2008 jako model řízení výšky hladiny ve spojených nádržích s uzavřeným cyklem. Modely simulují v praxi se nacházející systémy v petrochemickém, chemickém i jiném průmyslu nebo ve vodním hospodářství. Galerie průmyslových příkladů k modelu na webu Lab. K26

Popis modelu[edit]

Fotografie modelu Vodárna V1

Laboratorní model je složen z odstředivého čerpadla, dvou věží, dvou ventilů a spodního zásobníku vody. Dále je osazen řídicím panelem, který umožňuje manuální ovládání a signalizuje zapnutí ovládání pomocí Matlabu se Simulinkem a Real Time Toolboxem nebo programovatelným automatem (PLC). Zobrazuje také na LCD displejích výšky hladin jednotlivých nádrží.

Čerpadlo čerpá vodu ze zásobníku do první (levé) nádrže, odkud dále může téct dále přes střední ventil do druhé (pravé) nádrže. Za druhou nádrží se nachází výtokový ventil, přes který může voda téct zpět do zásobníku. Čerpadlo se chová jako zdroj tlaku a neumožňuje odčerpávání vody zpět do zásobníku (je tedy jednosměrné). Vstupní veličinou je vstupní napětí čerpadla u1. Součástí modelu jsou tlakové senzory pro snímání výšky hladin h1 a h2, které jsou ve spodní části každé nádrže. Analogové signály jsou v rozsahu 0 až 10 V, pro použití v Matlabu/Simulinku jsou převedeny zásuvnou kartou v PC na bezrozměrná čísla v intervalu <0, 1>.

Informace pro studenty[edit]

Obecné informace [2][edit]

  • Jedná se o nelineární systém se statickým charakterem chování.
  • Všechny čtyři modely mají shodné rozměry a jsou osazeny stejnými prvky, ale mají záměrně upravenou dynamiku tak, aby nebylo možné použít hodnoty naměřené na jednom modelu na jiném.
  • Konfigurace ventilů: modely V1 a V2 mají střední ventil mezi nádržemi proporcionální (VP) a výtokový ventil digitální (VD). U modelů V3 a V4 je to naopak.
  • Pro základní řízení (kurzy SAM/SRI) jsou oba ventily při identifikaci i regulaci naplno otevřené.
  • Vodárny je možné řídit pomocí:
    1. Programovatelného automatu (PLC)
    2. Matlabu
    3. Manuálně
  • Pořadí vyjadřuje prioritu řízení, tj. nejnižší prioritu má manuální ovládání. Pokud je aktivováno řízení s vyšší prioritou, automaticky převezme kontrolu nad modelem.

Pokyny pro práci s modelem[edit]

  • Čerpadlo nesmí běžet bez vody - hrozí nebezpečí zničení!
  • Pozor na případné přetečení válců - mají sice přepady, ale mohou se zahltit.
  • Po skončení měření pomocí ovládacího Simulinkového modelu by mělo dojít k zastavení čerpadel a vypnutí modelu. Pokud se tak nestane, vypněte napájení modelu nebo zkuste ještě jednou spustit model v Simulinku a znovu jej zastavit.

Vstupy[edit]

  • Vstupní napětí čerpadla u1 [V] - řídicí veličina
  • Míra otevření proporcionálního ventilu u2 [V]
  • Otevření/zavření digitálního (dvoupolohového) ventilu u3 [V]

Výstupy[edit]

  • výška hladiny v první (levé) nádrži h1 [m]
  • výška hladiny v druhé (pravé) nádrži h2 [m] - regulovaná veličina

Užitečné vztahy[edit]

Závislost ideální rychlosti výtoku kapaliny v [m s-1] na výšce hladiny h [m] je možné odvodit z Bernoulliho rovnice při uvažování laminárně stacionárního proudění a zanedbání ztrát jako

v(t)=\sqrt{2 \, g \, h(t)}~\text{.}

Množství vytékající kapaliny je dáno průřezem otvoru S a průměrnou výtokovou rychlostí vp, která závisí na tvaru otvoru a viskozitě kapaliny.

Tlak p [Pa] daný odstředivým čerpadlem je přímo úměrný kvadrátu jeho napětí u [V], čili

p(t)=k \, u^2(t)~\text{.}

Soubory[edit]

Literatura[edit]

  1. HANZLÍK, Jiří. Distribuovaný řídicí systém s automaty Rockwell Automation. Praha, 2008. xvi, 56 s. Diplomová práce. ČVUT-FEL, Katedra řídicí techniky. Vedoucí práce Ing. Jindřich Fuka.
  2. KONOPA, Miroslav. Řízení výukových modelů typu Spojené nádoby. Praha, 2009. vii, 40 s. Bakalářská práce. ČVUT-FEL, Katedra řídicí techniky. Vedoucí práce Ing. Jindřich Fuka.