descripciÓ dels equips laboratori de control · 2012. 9. 16. · fusible de protecció 0.5a base...
TRANSCRIPT
AUTOMÀTICA I CONTROL
DESCRIPCIÓ DELS EQUIPS
LABORATORI DE CONTROL
Fatiha Nejjari
Albert Masip
2
Qüestions generals sobre els equips de laboratori
Sigui quin sigui l’equip de laboratori que es faci servir a cada pràctica cal tenir en
compte unes quantes premisses bàsiques per a garantir un bon funcionament dels
equips:
1.- Les tensions que s’assoleixen a la maqueta són de l’ordre de 10 Volts i no suposen
perill per a qui hi treballa. Malgrat tot, la font d’alimentació sí que s’alimenta a 220
Volts: Tingueu cura!
2.- Procureu cablejar sempre amb l’equip apagat i d’acord amb el que se us demana al
guió de pràctiques. Una vegada repasseu que el muntatge sigui el correcte (si us cal,
demaneu ajuda al professor) procediu a donar tensió al bastidor.
3.- En finalitzar cada sessió de pràctiques apagueu el bastidor, l’ordinador, el monitor i
deseu els cables al penjador que hi ha al fons del laboratori.
4.- En cas de mal funcionament d’alguna de les parts dels equips del laboratori,
comuniqueu-ho immediatament al professor per a que prengui les mesures adequades
per solucionar-vos el problema.
5.- Respecteu les normes d’estada al laboratori que estan publicades a la porta d’accés
al mateix. Recordeu que no s’hi pot menjar, ni beure, ni fer-hi fotografies sense
autorització...
3
Descripció de la maqueta motor
El primer dels elements de què consta la maqueta és el propi motor de corrent continu
que caldrà sempre alimentar mitjançant el driver, element amplificador que proporciona
la potència que el motor demana. A l’eix del motor hi trobem un reductor, per
engranatges, de raó 1/30 que s’utilitzarà juntament amb el sensor de posició per efectuar
el control de posició angular del motor. Seguidament hi tenim un encoder incremental i
absolut que ens servirà per realitzar les lectures de velocitat i posició, respectivament, i
una tacodinamo que ens donarà una tensió que serà proporcional a la velocitat de gir del
motor i que ens servirà pel control de velocitat . L’esquema de la maqueta és el següent:
A Alimentació del motor: Mitjançant aquesta entrada alimentarem el motor de c.c.
Els cables que aquí es connectaran sempre vindran de la sortida del driver, en cas
contrari no s’estarà proporcionant al motor la potència elèctrica per poder girar.
B Alimentació del sensor posició : Aquesta entrada servirà per alimentar el sensor de
posició, donat que es tracta d’un sensor de tipus actiu. Cal alimentar el sensor de posició
amb el mateix rang de tensions que el corresponent a la consigna de posició.
C Lectura del sensor de posició: Sortida que dóna un voltatge proporcional a la
posició angular del motor, òbviament, dins el rang al que s’alimenta el sensor.
Motor c.c. Reductor Encoders Tacodinamo
G D C B A F E
4
D Lectures de l’encoder absolut : Sortides que s’utilitzen per obtenir la posició
angular de manera directa.
E Alimentació de l’encoder : Entrada d’alimentació a l’encoder, entre 0 i 5 Volts.
F Lectura de l’encoder incremental: Sortida que s’utilitza per conèixer la velocitat
del motor mitjançant increments.
D Tacodinamo: Sortida de tensió proporcional a la velocitat de gir, entre 0 i 10
Volts.
Mòduls motor
El diagrama de blocs del sistema amb què es treballa és el representat a la figura, en anell tancat.
consigna error sortida
On tenim que:
Consigna: La consigna vindrà donada pels mòduls següents :
CONSIGNA-547 si requereix una anàlisi temporal.
GS-100 si requereix d’una anàlisi freqüèncial.
Controlador: Serà el mòdul CORRECTOR-547.
Sensors: Utilitzarem la tacodinamo per la velocitat. També hi ha l’ENCODER incremental. Utilitzarem el sensor potenciomètric per la posició. També hi ha l’ENCODER absolut.
Condicionadors: El mòdul ENCODER-547 realitzarà les funcions de comptador/visualitzador dels senyals dels encoders mentre que el CORRECTOR-547 disposarà dels condicionadors pel sensor potenciomètric i generador tacomètric.
A les pàgines successives es presenten els mòduls que conformen l’equip del motor:
controlador Sistema Motor
5
MÒDUL ALV-215 ( FONT D’ALIMENTACIÓ ) Serà l’encarregat d’alimentar la resta de mòduls de l’equip aplicant al bastidor una tensió de 15± Vcc i 1 A. A més, disposa d’un voltímetre digital (que mesura corrent continu) de 3½ dígits per facilitar les mesures de tensions en la utilització de l’equip.
Mòdul ALV-215
El voltímetre digital disposa de 4 entrades que es poden seleccionar mitjançant un commutador rotatiu, de forma que l’entrada seleccionada queda assenyalada per l’encesa d’una làmpada LED. El rang màxim per totes les entrades està limitat a 20± Vcc.
Visualitzador
Voltímetre 3 ½
Selector d’entrades
Entrades voltímetre
Fusible de protecció 0.5A
Base d’endoll
alimentació 220 c.a
Indicadors
entrada seleccionada
Interruptor
lluminós F.A
6
MÒDUL CONSIGNA-547
Serà l’encarregat de generar les consignes per realitzar l’anàlisi temporal. Per això en la seva part superior consta d’un potenciòmetre de 10KΩ de resistència i 360º de gir mecànic, per la seva utilització com a consigna de posició .
A la seva part central es situen les sortides de consigna graó i rampa. Aquests senyals són d’amplitud, pendent i signe que es poden seleccionar per l’usuari disposant, per aquesta finalitat, de dos potenciòmetres ajustables i un commutador de signe, tal i com es mostra a la següent figura .
El potenciòmetre pendent de la rampa segons ens determinarà el temps en segons que tarda la senyal rampa en arribar l’amplitud escollida amb el selector volts, i.e., podem saber el pendent aproximat de la rampa que generem dividint el valor del potenciòmetre Volts entre el valor de segons.
Mòdul CONSIGNA-547
Es disposa d’un commutador RESET que forçarà la sortida a zero amb la finalitat d’anul·lar la sortida o repetir la funció de consigna escollida.
Alimentació captador i consigna potenciomètriques
Potenciòmetre de
consigna
Amplitud del senyal d’entrada
Temps de pujada de la rampa
Sortida de consigna rampa
Sortida de consigna graó
Connexions del potenciòmetre de consigna
Reset senyal de sortida
Alimentació del motor
Signe del senyal de sortida.
7
Degut a que aquests senyals de consigna (o els senyals de sortida del corrector) no tenen la potència necessària per alimentar el motor de corrent continu, el mòdul incorpora a la seva part inferior (driver), un amplificador de potència capaç d’activar plenament el motor.
MÒDUL GS-100 Aquest mòdul serà l’encarregat de generar les consignes quan es requereixen anàlisis freqüencials.
Amb el selector situat a la part central del mòdul, podrem escollir el tipus de senyal desitjat: sinusoïdal, quadrat o triangular, segons l’aplicació, podent variar l’amplitud i la freqüència del senyal amb els comandaments situats per tal efecte a la part superior del mòdul. Es pot afegir un nivell de contínua al senyal oscil·latori resultant. Observeu, a més, que aquest nivell es pot activar i desactivar quan desitgeu, independentment del senyal altern.
D’igual manera que passava en el mòdul CSS-547, aquests senyals requereixen d’una potència per engegar el motor, per tant s’utilitzarà el driver situat al mòdul CSS-547 per tal d’amplificar la potència de la consigna .
MÒDUL CORRECTOR-547
Per realitzar la regulació de la velocitat i posició es pot fer servir el controlador PI del mòdul CORRECTOR-547.
Mòdul CORRECTOR-547
Valor integral
Selector P,I,PI
Entrada consigna posició
Sortida
Guany de realimentació
Entrada de realimentació
Sortida del driver
Selector P,I,PI
Valor integral
Valor proporcional
Entrada consigna veloc.
Entrada de realimentació
Guany de realimentació
Valor proporcional
8
El mòdul està dividit en dues parts, a la part dreta es situen el corrector de velocitat i el condicionador per el captador de velocitat (tacodinamo). A la part esquerra s’incorpora el corrector de posició i el condicionador pel captador potenciomètric .
El corrector pot ser d’acció proporcional ( K ), integral ( K/Tp ) o proporcional integral ( K(1+1/Tp)) seleccionables per un commutador rotatiu, així mateix es pot variar el guany de la realimentació el qual té dos sistemes de corrector podent-se ajustar per l’usuari per mitjà de potenciòmetres (part superior del mòdul).
Tingueu en compte que, després d’haver utilitzat el controlador en mode I o bé PI, cal eliminar el valor acumulat de la integral si es vol fer un nou assaig. Per fer-ho, commuteu el controlador a mode P per uns breus instants i retorneu-lo al mode (I o PI) en què el voleu utilitzar.
MÒDUL ENCODER-547
Mòdul ENCODER-547
Constituït per tres blocs principals :
1. El bloc inferior té en la seva part central els connectors per l’alimentació dels encoders. A la seva esquerra es troben les entrades de l’encoder incremental i a la seva dreta les entrades de l’encoder absolut .
Indicador de reset actiu
Sortides digitals BCD de
voltes i impulsos
Sortides en sentit del
comptatge de voltes
Entrada de l’encoder absolut
Alimentadors d’encoders
Entrades encoder incremental
Visualització d’impulsos a
la volta
Indicadors del sentit del
comptatge de les voltes Indicadors del sentit de gir
encoder incremental
Pulsador Reset del comptador
Selector encoder
incremental/absolut
Selector de mode Reset
Visualització de voltes
9
2. La seva part central consta d’un transcodificador que convertirà el codi Gray rebut des de l’encoder absolut a codi BCD per la seva posterior visualització i conèixer la posició de gir del motor (16 possibles solucions).
Així mateix, aquest bloc central disposa d’un comptador/descomptador digital associat al circuit de detecció d’impulsos proporcionat per l’encoder relatiu, que ens aportarà dades sobre la velocitat i sentit de gir del motor.
3. La part superior engloba la part de visualització, conformat per 5 displays de 7 segments, on les seves entrades s’extreuen a l’exterior per possibles lectures de l’estat del comptador / descomptador o del transcodificador.
10
Descripció de la maqueta dipòsit
Aquesta maqueta disposa de diferents elements que permeten realitzar el control en llaç
tancat de nivell o cabal fent servir els diferents captadors que hi tenim. L’alimentació de
la motobomba provoca que aparegui un flux de líquid anticongelant des del dipòsit
inferior al superior degut a la seva acció.
Per altra banda, segons l’obertura del tap es produirà una major o menor pèrdua de
líquid del dipòsit superior a l’inferior. Aquestes fuites (que no es poden mesurar) poden
entendre’s com a perturbacions en el funcionament del procés.
Cal tenir en compte que el nivell de líquid que es mesura/controla és sempre el
corresponent al dipòsit superior.
Elements del panell de connexions:
A B C
11
D E
A Captador de nivell-boia: Juntament amb el mòdul NBP-547 donarà una tensió
proporcional al nivell d’aigua, aquest transductor consta d’una vareta que uneix
l’eix del sensor amb la boia, i converteix els desplaçaments verticals del nivell en
desplaçaments angulars de l’eix del sensor del potenciòmetre, oferint una tensió
proporcional al desplaçament efectuat.
B Captador de nivell per pressió: Amb el mòdul NBP-547 donarà també una tensió
proporcional al nivell d’aigua. El seu principi de funcionament es basa en la
captació de la pressió hidrostàtica exercida per la columna de líquid en l’interior del
mateix.
C Captador de cabal per diferència de pressió : Juntament amb el mòdul
ACONDICAUD-547 el captador serà l’encarregat de donar una tensió proporcional
al cabal que dóna la motobomba. El principi de funcionament serà per diferència de
pressió entre el líquid entrant (capt. dreta) i el líquid sortint (capt. esquerre)
impulsat per la motobomba.
D Captador de cabal mitjançant turbina : Amb el mòdul ACONDICAUD-547 ,
donarà una tensió proporcional al cabal impulsat per la motobomba, mitjançant una
turbina que té instal·lat un sensor òptic que genera polsos quan els braços de la
turbina intercedeixen al feix de raigs del sensor.
E Motobomba : Serà l’encarregada d’impulsar l’aigua al dipòsit. Caldrà sempre,
igualment que en el cas del motor, alimentar-la mitjançant el driver.
12
Mòduls del dipòsit
consigna error sortida
Es tindrà:
Consigna : La consigna vindrà donada pels mòduls següents :
GSS-547 si es requereix de l’anàlisi temporal. GS-100 si es requereix de l’anàlisi freqüencial . Controlador : Tindrem el mòdul CORRECTOR PID-547 Sensors : Utilitzarem a les pràctiques de l’assignatura la boia pel nivell i la turbina pel cabal. Condicionadors : Seran els encarregats de convertir (transformar) els senyals elèctrics que provenen del sensor, a les unitats i escala adequades de consigna per poder comparar-los. Els condicionadors, en funció de l’aplicació (nivell / cabal), seran: NBP-547 mòdul condicionador de la boia. ACONDICAUD-547 mòdul condicionador de la turbina Tot seguit es descriuen els diferents mòduls que conformen l’equip del dipòsit:
controlador Sistema dipòsit
13
MÒDUL ALV-215 ( FONT D’ALIMENTACIÓ )
Serà l’encarregat d’alimentar la resta de mòduls de l’equip, aplicant una tensió de 15± Vcc i 1A al bastidor. Així mateix, disposem d’un voltímetre digital de 3½ dígits per facilitar les mesures dels voltatges durant la utilització de l’equip. El voltímetre digital disposa de 4 entrades seleccionables mitjançant un commutador rotatiu, de forma que l’entrada seleccionada queda assenyalitzada per l’encesa d’una làmpada LED. El rang màxim per totes les entrades està limitat a 20± V. c.c.
Mòdul ALV-215
Visualitzador
voltímetre ½ dig.
Selector d’entrades
Entrades voltímetre
Fusible de protecció 0.5A
Base d’endoll
alimentació 220 c.a
Indicadors
entrada seleccionada
Interruptor
lluminós F.A
14
MÒDUL CSS-547 ( MÒDULS DE CONSIGNA )
Serà l’encarregat de generar les sortides del senyal en forma de graó i rampa. Aquests senyals són de magnitud, pendent i de signe seleccionables per l’usuari, disposant per a aquesta finalitat, de dos potenciòmetres ajustables i un commutador de signe, tal i com es mostra en la figura. El selector pendent de la rampa, segons, ens determina el temps en segons que triga el senyal rampa en arribar a l’amplitud escollida amb el selector volts.
Mòdul ALV-215
Es disposa d’un commutador RESET que forçarà la sortida a zero, per tal d’inhabilitar la sortida o repetir la funció de consigna escollida.
Degut a que aquests senyals de consigna no tenen la suficient potència necessària per alimentar la motobomba de corrent continu, el mòdul incorpora a la seva part inferior (driver) un amplificador de potència capaç d’activar plenament la motobomba.
Aquest mòdul serà l’encarregat de generar les consignes quan es requereixen anàlisis freqüencials.
Amb el selector situat a la part central del mòdul, podrem escollir el tipus de senyal desitjat: sinusoïdal, quadrada o triangular, segons l’aplicació, podent-se variar l’amplitud i la freqüència del senyal amb els comandaments situats per tal efecte a la part superior del mòdul. D’igual manera que passava amb el mòdul CSS-547, aquestes requereixen d’una potència per fer anar la motobomba, per tant s’utilitzarà el driver situat en el mòdul CSS-547 per tal d’amplificar la potència de la consigna .
Selector pendent de la rampa
Connexió a motobomba
Indicador LED sobrecàrrega
Selector d’amplitud
del senyal seleccionat
Sortida senyal rampa
Sortida senyal graó Selector de polaritat
Commutador Reset
Entrada senyal de consigna
Masa
15
MÒDUL CORRECTOR PID-547
En la majoria de processos industrials és necessari controlar les variables del procés de manera que aquestes siguin el més estables possibles i que els seus valors es trobin en tot moment dins els límits establerts.
El mòdul corrector PID-547 s’inclou per realitzar operacions de control proporcionals (K), integrals (1/Tis), diferèncials (Tds) i combinancions entre elles (PI i PID).
Mòdul corrector PID-547
La part superior conté els potenciòmetres per l’ajust de les constants de cada operació de control i a la part inferior es disposa dels blocs que realitzen les operacions de control proporcional, integral i derivatiu amb els connectors independents. L’error del sistema es determinarà amb el restador situat a la part esquerra del bloc inferior.
16
MÒDUL NBP-547 ( Mòdul condicionador de boia i pressió )
Aquest mòdul conté, a la seva part superior, el condicionador del transductor potenciomètric per la mesura de nivell mitjançant boia, i a la seva part inferior el condicionador del transductor piezoresistiu per la mesura de nivell per pressió (que no s’utilitzarà a pràctiques).
El sensor tipus boia situat a la maqueta produeix un senyal de tensió proporcional a l’angle de gir de la boia. Amb el condicionador de boia obtindrem una característica linealitzada d’aquesta tensió per comparar-la amb la consigna .
Mòdul NBP-547
A la figura es mostren els potenciòmetres per l’ajust del senyal d’offset i guany de cadascun dels condicionadors, a més dels connectors amb el sensor boia de la maqueta.
Ajust del guany del condicionador
Ajust del guany del condicionador
Sortida del condicionador
Sortida del condicionador
Massa
Massa
Ajust d’offset
Conexions al Captador
Ajust d’offset
Connexions al Captador
17
MÒDUL ACONDICAUD-547 ( Acond. Dif. Pressió-turbina )
Aquest mòdul conté a la seva part inferior el condicionador pel transductor de cabal mitjançant turbina i a la seva part superior els circuits electrònics de condicionaments dels transductors de pressió (que no s’utilitzaran a les pràctiques).
En girar la turbina per efecte del flux de líquid, es produeix un tren de pols eléctrics d’amplitud constant i freqüència variable recollits per el captador òptic situat a les pales d’aquesta. Els pulsos elèctrics s’apliquen al condicionador situat a la part inferior del mòdul obtenint-se un senyal de c.c proporcional a la freqüència de pols, i en conseqüència a la velocitat del líquid en el circuit hidràulic.
Mòdul ACONDICAUD-547
Ambdós condicionadors disposen de potenciòmetres ajustables pel senyal d’offset i ajust del guany.
Ajust del guany
del condicionador
Ajust d’offset
Ajust del guany
del condicionador
Senyal de sortida
Massa
Connexions als
captadors
Massa
Connexions als
captadors
Ajust d’offset
Senyal de sortida
Ajust d’offset