Controllo Di Un Forno - progetto da zero (o quasi)

[pollman]

Salve a tutti, nuovo del forum, ho osservato in silenzio ed ora vi posto il mio PROBLEMA.

Sto lavorando ad un progetto per la realizzazione del controllo di un forno "industriale".

Si tratta di una prova d'esame e quindi la mia competenza e' basata su teoria (confusa) ,nessuna nozione pratica e su moltissime lacune accumulate negli anni di studio.

Cosa ho fatto fin'ora:

- Ho scelto (per avere in linea di massima delle caratteristiche costruttive) un forno in commercio di una ditta italiana.

dalle misure e dai tipi materiali ho realizzato il modello matematico che lo descrive:

sistema dinamico del secondo ordine, stabile due ingressi (potenza erogata e temperatura esterna).

- Ho determinato tutti i parametri del sistema : Capacità termica e coefficienti di scambio tra le pareti

- Ho sostituito tali parametri nel sistema e analizzato i diagrammi di Bode, e mi e' venuto fuori

un sistema che (senza l’inserimento di sensori e attuatori)

ha pulsazione di taglio a 10e-3 rad/s e margine di fase di circa 90° (sistema a dinamica lenta e banda limitata).

- Ho simulato il processo fisico con Simulink: la risposta indiciale con condizioni iniziali di uguaglianza tra temp. interna e sulle pareti di 10°C e disturbo (temperatura esterna) di 40°C.

Mi e' venuto fuori: setting time dii 7.52e7 e guadagno 124.

Eccomi dunque alla realizzazione del sistema di controllo che dovrebbe essere una "cosa" del genere:

Una termocoppia rileva la temperatura interna del forno (Ti) e la invia al regolatore. Confrontando questo valore con quello del segnale di riferimento (e determinando quindi il segno dell’errore), quest’ultimo deciderà se aprire o meno il circuito a valle. Il controllore infatti è sua volta collegato in cascata all’attuatore, che altro non è che l’irradiatore del forno.

Cosi operando, il sistema retroazionato farà in modo che il forno mantenga la temperatura di 400° nonostante i disturbi e gli errori di modello.

-- Specifica del progetto e' mantenere "costante" a 400° la temperatura del forno --

- Scelgo attuatori, controllore e trasduttore

Termocoppia K (piu' affidabile della T che andrebbe ugualmente bene), Termoregolatore PID, e attuatore(che e' l'irraggiatore stesso del forno CREDO!).

** nel progetto devo inserire prodotti commerciali, da cui, analizzando i datasheet devo devo determinarne le f.d.t., inserirle nel sistema e risimulare con simulink il comportamento delo stesso.

I miei problemi sono:

1) nel calcolo dei parametri ho utilizzato formule e relazioni che considerano gradi kelvin. Come influisce la cosa sul resto del progetto (set point, valore di uscita, caratteristiche della TC)

2)come faccio la scalatura dei valori della TC ( mV) , del setpoint e della potenza da mandare all'irraggiatore - e quindi - come collego il tutto?

2bis) oltre ai componenti che ho elencato ne servono altri (IA, A/D,D/A ecc.)?

Avrei mille altre domande da porre.. ma per ora aspetto fiducioso che qualcuno decida di rispondermi e magari di aiutarmi.

Sto sbattendo la testa analizzando miriadi di datasheet ed elaborando sistemi a ciclo chiuso che portano il valore a regime e ZERO!

Errori miei, di sicuro..ma e' per questo che chiedo AIUTO!!So anticipatamente che una risoluzione ai miei problemi sarebbe STUDIARE DI PIU'! :ph34r:

grazie anche solo per aver letto le mie eresie e baggianate.

[Bender83]

Ciao, l'analisi che hai fatto non mi par errata, hai considerato le dinamiche principali e con queste sei in grado di simulare con buona approssimazione il comportamento del sistema reale.

Vediamo di risolvere qualche tuo dubbio:

1) nel calcolo dei parametri ho utilizzato formule e relazioni che considerano gradi kelvin. Come influisce la cosa sul resto del progetto (set point, valore di uscita, caratteristiche della TC)

Questa mi pare una banalità dipende dagli organi di misura o attuazione che utilizzi, per esempio se la tua TC rileva un segnale in °C o in K il tuo riferimento dovra avere la stessa unità di misura della TC, isomma tutte le grandeze devono essere compatibili con le altre.

2)come faccio la scalatura dei valori della TC ( mV) , del setpoint e della potenza da mandare all'irraggiatore - e quindi - come collego il tutto?

2bis) oltre ai componenti che ho elencato ne servono altri (IA, A/D,D/A ecc.)?

Sicuramente in ingresso tra il riferimento e il nodo sommattore dovrai mettere un trasduttore che trasforma il tuo ref espresso in °C o K compatibile con il segnale in arrivo dalla TC, quindi in mV, per il calcolo dell'errore. Nota che questo si riconduce alla prima risposta che ti ho dato.

Per quanto riguarda organi di conversione A/D o D/A bisogna vedere come realizzi il tuo controllo e se ti devi interfacciare a schede di comando.

Saluti

[Savino]

Una termocoppia rileva la temperatura interna del forno (Ti) e la invia al regolatore. Confrontando questo valore con quello del segnale di riferimento (e determinando quindi il segno dell’errore), quest’ultimo deciderà se aprire o meno il circuito a valle. Il controllore infatti è sua volta collegato in cascata all’attuatore, che altro non è che l’irradiatore del forno

pollman,

Va bene, ma il comparatore sarebbe dentro il controllore, che sarebbe parte del regolatore. Quindi il disegno non va bene cosi', visto che il comparatore lo hai disegnato fuori del regolatore.

Poi, la TC e il SP vengono messi in correspondenza dal controllore stesso, e di conseguenza la grandezza regolante e tutti con la grandezza controllata.

Modificato: 25 febbraio 2009 da Savino

[Savino]

Link

[Bender83]

Savino quello è uno schema generale, per mostrare dove sta l'errore e quali sono le grandezze che lo determinano...

PS lavori con i Siemens?

[pollman]

Grazie comunque delle risposte!

1)

Questa mi pare una banalità dipende dagli organi di misura o attuazione che utilizzi, per esempio se la tua TC rileva un segnale in °C o in K il tuo riferimento dovra avere la stessa unità di misura della TC, isomma tutte le grandeze devono essere compatibili con le altre.

La mia domanda nasceva dal fatto che i gradi Kelvin e i gradi Celsius hanno entrambi la stessa variazione (alla variazione di un grado celsius corrisponde la variazione di un grado Kelvin)

2)Ho utilizzato un relay, messo subito dopo il PI e tutto pilotato da segnali analogici 0-10V (distanze tra i dispositivi<30m).. quello che mi chiedo e' come schematizzare l'ATTUATORE.

Cosa devo considerare?!? L'irragiatore? Un variatore di potenza? Quale f.d.t. devo usare per simulare il comportamento dell'attuatore?

[Savino]

Savino quello è uno schema generale, per mostrare dove sta l'errore e quali sono le grandezze che lo determinano

Bender83,

Ho voluto dare un riferimento alla forma di un tale block diagram e perche no un approfondito approccio didattico

PS lavori con i Siemens?

Uno sempre preferisce lavorare con quello che conosce meglio.

L'FB41 e FB42 (SFB41-42) sono degli algoritmi che mi hanno datto un sacco di resultati soddisfacenti.

[Bender83]

Per pollman:

Da quanto sto a capire hai intenzione di mettere un relay dopo il controllore (PI) che attua un elemento riscaldante? Se così fosse puoi considerare il relay come un elemento ON/OFF e scrivere la f.di t. dell'elemento rscaldante una resistenza per esempio.

Per Savino:

Certo il tuo è stato un ottimo approffondimento pratico, il mio chiarimento aveva lo stesso scopo tuo! Per i PLC Siemens mi è stato detto che sono i meno lineari non so cosa alludeva una risposta del genere...

[Savino]

Per i PLC Siemens mi è stato detto che sono i meno lineari non so cosa alludeva una risposta del genere

Bender83,

Innazitutto non crederci mai a quello che dicono ..

Poi, dire che un PLC non e' lineare non ha nessun significato. Bisognerebbe piuttosto sapere a cosa era stato riferito.