Irányítástechnika | Felsőoktatás » Mérés és Irányítástechnika labor

Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak) 2005 őszi félév Dinamikus szimuláció -1- Mérés és Irányítástechnika labor (VEMKVI2134M) Műszaki Menedzser szak, 2005. őszi félév Demonstrációs labor A gyakorlat célja: a Folyamatmérnöki Tanszék tárgyaiban oktatott néhány ismeretkör alkalmazásának bemutatása Rendszeranalízis (Dr. Szeifert Ferenc, KI3313A) Rendszerek tervezése és irányítása (Dr. Lakatos Béla, KI3213M) Jegyzetek: Szeifert - Chován - Nagy - Almásy: Rendszermodellek - Rendszeranalízis (VE, 1994) Szeifert - Chován - Nagy: Szabályozó algoritmusok - Szabályozó tervezés (VE, 1995) Gyakorlat vezetők: Dr. Nagy Lajos adjunktus (Dinamikus szimuláció) Dr. Németh Sándor adjunktus (Stacioner szimuláció) Dr. Chován Tibor adjunktus Aláírási feltételek: (Dinamikus szimuláció) a gyakorlatokon való megjelenés és a feladatok elvégzése Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak)

2005 őszi félév Dinamikus szimuláció -2- A számítógéppel segített (vegyész) mérnöki tevékenység szoftver eszközei (CAD, CAE, CAChE, CAPE) Vegyészmérnöki feladatok: - fejlesztés - tervezés - üzemeltetés műszaki: - anyag, energia mérlegek - készülék méretezés - optimális üzemeltetési paraméterek meghatározása - technológiai paraméterek identifikálása - . gazdasági: - üzemeltetési költség meghatározása - beruházási költség meghatározása - termelés programozás - . Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak) 2005 őszi félév Dinamikus szimuláció -3- Modell bázisú megközelítés MATEMATIKAI MODELL SZIMULÁTOR Dinamikus: - batch rendszerek - folyamatos rendszerek: tranziens állapotok (indítás, leállítás, termékváltás, üzemzavar) irányítási, üzemeltetési stratégia meghatározása irányító rendszer tesztelése Stacioner: folyamatos technológiák munkapontok meghatározása

érzékenység vizsgálat - irányítástervezés optimalizálás Program: 1. hét: Dinamikus szimuláció Matlab/Simulink alkalmazásával 2. hét: Stacioner szimuláció az Aspen Plus programcsomag alkalmazásával Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak) 2005 őszi félév Dinamikus szimuláció -4- MATLAB/SIMULINK: általános célú matematikai és szimulációs programcsomag MATLAB: MATrix LABoratory • tudományos és mérnöki számításokat szolgál, • bonyolult numerikus problémák megoldása, • interaktív, • fejlett mátrix aritmetikai, statisztikai és grafikus megjelenítési funkciók. SIMULINK: a MATLAB csomag kiegészítése • grafikus programozási felület, • egyszerű alapműveletek összekapcsolása, • a grafikus programot Matlab nyelvre fordítja. MATLAB TOOLBOX-ok: • egy-egy szakterület speciális feladatainak megoldására alkalmas függvények, • leggyakrabban M-fájlok formájában, • több esetben SIMULINK

blokkok formájában is elérhetők. Control System, System Identification, Model Predictive Control, Nonlinear Control Design, Optimization, Neural Network, Fuzzy Logic, Statistics, Symbolic Math, Chemometrics, Stateflow, Image Processing, Signal Processing, Database, stb. Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak) 2005 őszi félév Dinamikus szimuláció -5- SIMULINK Blokkkönyvtár: • Continuous – folytonos (integrátor, differenciáló tag, átviteli függvény, holtidő, ), • Discontinuities – szakaszos függvények (korlátfüggvény, hiszterézis, holtsáv, ), • Discrete – diszkrét objektumok (diszkrét átviteli függvény, tartószerv, integrátor, ), • Look-Up Tables – közelítő függvények (táblázatban keresés, interpoláció, ), • Math Operations – matematikai műveletek (összegzés, szorzás, függvények, ), • Signal Routing – kapcsolatok (multiplexer, demultiplexer, adattároló, ) • Sinks – megjelenítők

(oszcilloszkóp, kijelző, fájlba mentés, ) • Sources – jelforrások (óra, zaj, hullám, impulzus, ugrás, konstans, jelgenerátor, ) • User-defined functions – felhasználói függvények (egyedi ill. Matlab függvények, ) • Simulink Extras Additional Extras PID szabályozó Modell építés: • a kiválasztott blokkot áthúzása a modell ablakba, • a blokkok be- és kimeneteinek összekapcsolása, • a blokkok paraméterezése. 1. példa: Az alapvető blokkok használata Mux Signal Generator 2 Gain Scope Mux Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak) Dinamikus szimuláció -6- 2005 őszi félév 2. példa: Tartályszint szimuláció F0 Modell: dV = F0 − F1 dt V V ( 0 ) = V0 (kezdeti feltétel) F1 Megoldás: a differenciál egyenlet “integrálása” Simulink: Runge-Kutta, Adams, Gear, Adams/Gear, Lineáris dinamika, Euler Mux F0 1/s V 0.5 F1 Sum Scope Mux Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser

szak) 3. példa: Reaktor szimuláció: Modell: Dinamikus szimuláció -7- 2005 őszi félév A B reakció dV = F0 − F1 dt dVc A = F0 c A0 − F1c A − Vkc A dt dVcB = F0 cB 0 − F1cB + Vkc A dt V ( 0 ) = V0 c A ( 0 ) = c A ,0 cB ( 0 ) = cB ,0 0.5 F0 1/s Mux V Sum 0.5 Scope F1 1/u Fcn1 cA0 Mux F0cA0 1/s cA VcA F1cA Sum1 0.1 k Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak) 2005 őszi félév Dinamikus szimuláció -8- 4. példa: PID szabályozó beépítése PID algoritmus (pozíció):  de  1 t u( t ) = K  e + ∫ e( τ )dτ + TD  + u s TI 0 dt   PID wV Sum F0 Saturation Subsystem V Mux RX 0.5 cA Scope F1 reaktor cA0 Mux 1 in 1 1/s 1 V out 1 Sum 2 2 in 2 out 2 3 in 3 F0cA0 1/s cA VcA F1cA Sum1 k k Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak) 2005 őszi félév Dinamikus szimuláció -9- Laboratóriumi rendszer: ELEKTROMOS FŰTÉSŰ VÍZMELEGÍTŐ Technológiai jelek

illesztése: ADAM-5000/TCP adatgyűjtő és vezérlő egység (DI/DO, AO, AI és RTD modul) Adatgyűjtés és vezérlés: GeniDAQ folyamatirányító szoftver: grafikus programozás (SCADA) + Modbus/TCP OPC driver Feladat: • adatgyűjtés, • ugrásfüggvényre ill. PRBS jelre adott válasz, • szabályozó vizsgálata. Szabályozó illesztés: Beállítás próbálgatással: 1. T I ∞, T D 0 (P szabályozó), 2. próba kis K értékkel (pl 05), 3. K növelése az oszcilláció megjelenéséig, 4. K C =K/2, 5. T I csökkentése az oszcillációig, beállítás: 3T i , 6. T D növelése az oszcillációig, beállítás: T D /3. Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak) Dinamikus szimuláció -10- 2005 őszi félév 1. Elektromos fűtésű vízmelegítő vizsgálandó szakasz: U fűt (u) T ki (y) Tki Tki Fűtés PC Ufűt LAN Tbe < < Tbe M F víz víz Nyit Zár F víz ADAM-5000 Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki

Menedzser szak) Dinamikus szimuláció -11- 2005 őszi félév Elsőrendű holtidős modell illesztése a mérési adatokra B A TH = C dy (t ) + y (t ) = K u (t − TH ) τ dt G (s ) = K e −TH s τ = D−C τ s +1 34 8.0 33 7.5 32 7.0 31 6.5 30 6.0 29 u (V), y (C) K= 5.5 K=(32.5-205)/(75-25)=14 C/V Th=9 sec 28 5.0 τ=35 sec 27 4.5 26 4.0 25 3.5 24 3.0 23 2.5 22 2.0 21 1.5 20 390 400 Th 410 420 τ 430 440 450 Idő (sec) 460 470 480 490 500 1.0 510 Mérés és Irányítástechnika labor (Műszaki Menedzser szak) Dinamikus szimuláció -12- 2005 őszi félév Szabályozó illesztése szimulációval 2.08 PID Sum wT Mux 36s+1 Saturation Transport Delay Transfer Fcn Subsystem Scope Mux 6 K 1 5 Proportional in 1 4 K/Ti Integral w 1 s Sum out 1 3 2 -KD du/dt u 1 Derivative 0 -1 0 y 50 100 150 200 250 300 350 400