Automatyka w Inżynierii Środowiska - Laboratorium Karta Zadania 2
WĘZEŁ CIEPŁOWNICZY
Oprogramować programem narzędziowym TAC MENTA sterownik TAC XENTA 301 dwufunkcyjnego, wymiennikowego węzła ciepłowniczego. Schemat ideowy węzła według załączonego rysunku. Wymagane funkcje, które mają być realizowane przez sterownik to:
1. Regulacja temperatury ciepłej wody użytkowej.
Stałowartościowa regulacja temperatury ciepłej wody użytkowej. Niezależnie od pojawiających się zakłóceń układ ma utrzymywać stałą temperaturę wody. Temperatura zadana c.w.u. Tcwu = 60°C.
W module regulacyjnym c.w.u. ustawić odpowiednio: wartość zadaną, zakres proporcjonalności 50 K, czas całkowania 30 s, czas różniczkowania 0 s, czas ruchu siłownika 60 s, okres próbkowania 1 s.
2. Nadążna (pogodowa) regulacja temperatury wody zasilającej w instalacji c.o.
Regulacja temperatury czynnika grzejnego na zasilaniu instalacji c.o. Tzco w funkcji temperatury zewnętrznej Te – według zadanego wykresu regulacyjnego (tzw. krzywej grzania).
W module regulacyjnym c.o. ustawić odpowiednio: zakres proporcjonalności 60 K, czas całkowania 15 s, czas różniczkowania 0 s, czas ruchu siłownika 120 s, okres próbkowania 10 s.
3. Funkcja ograniczenia maksymalnej i minimalnej temperatury czynnika c.o.
Algorytm zabezpieczający instalację c.o. przed przekroczeniem minimalnej i maksymalnej temperatury czynnika obiegowego.
4. Funkcja zakończenia sezonu ogrzewczego dla c.o.
Automatyczne wyłączenie ogrzewania ma następować przy temperaturze zewnętrznej Te>16°C, ponowne załączenie przy Te<14°C. Wyłączenie instalacji c.o. polega na zamknięciu zaworu regulacyjnego ZRco i wyłączeniu pompy obiegowej PO z 60 min. opóźnieniem (podtrzymaniem pracy przez 60 minut).
5. Funkcja priorytetu c.w.u.
Priorytet realizowany przez przymykanie ZRco, a tym samym okresowe ograniczenia dostawy ciepła do c.o. i skierowanie go do układu przygotowania c.w.u. Priorytet częściowy: dopuszczalne przymknięcie zaworu ZRco = 40% otwarcia.
Wskazówka: sygnał z regulatora c.w.u. podzielić w na dwie części, np.: 0…70% i 70…100%. Pierwszą część (0...70%) wykorzystać na sterowanie otwarciem ZRcwu w zakresie 0...100%. Drugą część (70...100%) wykorzystać na sterowanie zaworem ZRco w zakresie 100...40% (przymknięcie w czasie priorytetu przy już w pełni otwartym zaworze ZRcwu).
6. Funkcja osłabienia nocnego parametrów c.o.
Nocne i weekendowe obniżenie parametrów czynnika c.o. o 10°C. Osłabienie ma być załączenie zegarem zewnętrznym, według kalendarza tygodniowego: DI = 1 oznacza załączenie osłabienia.
Uwzględnić wpływ długiego osłabienia weekendowego.
7. Sterowanie pompą cyrkulacyjną c.w.u.
Pompa cyrkulacyjna PC ma pracować tylko w godzinach użytkowania budynku.
0% 70% 100%
100%
0% 100% 40%
Sygnał AO z regulatora c.w.u. (wyjście nr 8)
sterowanie zaworem
ZRcwu sterowanie
zaworem ZRco
2 Schemat węzła:
wymiennik c.w.u.
I stopień
wymiennik c.o.
wymiennik c.w.u.
II stopień
instalacja c.o.
sieć ciepłownicza c.w.u.
cyrkulacja
PO PC
ZRco ZRcw
woda zimna
3
OBJAŚNIENIA WYBRANYCH BLOKÓW FUNKCYJNYCH, OPERATORÓW I WYRAŻEŃ
1.1 PIDA - PID Controller - Analog Output – Regulator PID z wyjściem analogowym (AO) Blok regulatora PID z wyjściem analogowym
AO Wartość mierzona AI
Wartość zadana AI Tryb pracy AI Zakres proporcjonalności AI Czas całkowania AI Czas różniczkowania AI Strefa martwa AI Poprzedni sygnał sterujący AI
Wejścia bloku:
MV (AI) = Wartość regulowana, pomiar (Measured value).
SP (AI) = Wartość zadana (Set point).
Mode (AI) = Tryb pracy regulatora określony jest wartością tego parametru:
Mode = 0 => Wyłącz, regulator jest wyłączony, nie działa, sygnał AO = 0 (inaczej AO = TSg).
Mode = 1 => Praca, regulator realizuje proces regulacji.
Mode = 2 => Wymuszenie wartości sygnału AO = UMax.
Mode = 3 => Wymuszenie wartości sygnału AO = UMin.
G (AI) = Zakres proporcjonalności P regulatora (Proportional gain). Gdy wartość regulowana MV jest mniejsza od zadanej SP, to przy dodatnim G sygnału sterujący rośnie (sterowanie grzaniem), a przy ujemnym G maleje (sterowanie chłodzeniem).
Ti (AI) = Czas całkowania I regulatora (Integral time) podany w sekundach.
Td (AI) = Czas różnickowania D regulatora (Derivative time) podany w sekundach.
DZ (AI) = Strefa martwa regulatora (Dead zone). Gdy odchyłka regulacji jest mniejsza od DZ, to sygnał sterujący AO = 0.
TSg (AI) = Tracking signal (actual value of the previous control signal). Wejście zazwyczaj podłączone bezpośrednio z wyjściem tego samego regulatora lub np. po zewnętrznych ograniczeniach tego sygnału sterującego.
Parametry bloku:
ControlInt (A) = okres próbkowania w sekundach. Gdy zmienna wynosi 0, to czas próbkowania jest automatycznie dostosowywany do długości cyklu programu.
UMin (A) = minimalna wartość sygnału sterującego AO (wyjścia z PIDA). Domyślnie 0%.
Mode MV SP
TSg G Ti Td DZ
Control Int PIDA
UMin
UMax
StrokeTime
4 UMax (A) = maksymalna wartość sygnału sterującego AO (wyjścia z PIDA). Domyślnie 100%.
StrokeTime (A) = czas ruchu siłownika w sekundach (czas przejścia od otwarcia do zamknięcia).
Parametr ten określa szybkość zmian sygnału wyjściowego modułu PIDA: określa czas konieczny do zmiany sygnału z wartości maksymalnej do minimalnej (lub odwrotnie). Wartość 0 oznacza brak ograniczenia prędkości zmian sygnału AO.
1.2 PVB - Binary Value Parameter – Binarna wartość stała
PVB
InitValue DO
Cyfrowa wartość stała. Blok stale generuje sygnał cyfrowy o stałej wartości (0 lub 1).
Edytując właściwości bloku (Edit) nadaje się mu nazwę (Identifier, bez cyfr, spacji, i polskich znaków), jednostki sygnału wejściowego (Unit) oraz opis (Description).
Parametryzacja bloku obejmuje podanie: wartości początkowej sygnału DO (InitValue).
1.3 PVI - Integer Value Parameter – Analogowa wartość stała, liczba całkowita
PVI
InitValue AO integer
Analogowa wartość stała (liczba całkowita). Blok stale generuje sygnał analogowy o zadanej wartości w postaci liczby całkowitej.
Edytując właściwości bloku (Edit) nadaje się mu nazwę (Identifier, bez cyfr, spacji, i polskich znaków), jednostki sygnału wejściowego (Unit) oraz opis (Description).
Parametryzacja bloku obejmuje podanie: wartości generowanego sygnału AO (InitValue).
1.4 PVR - Real Value Parameter – Analogowa wartość stała, liczba rzeczywista
PVR
InitValue AO real
Analogowa wartość stała (liczba rzeczywista). Blok stale generuje sygnał analogowy o zadanej wartości w postaci liczby rzeczywistej.
Edytując właściwości bloku (Edit) nadaje się mu nazwę (Identifier, bez cyfr, spacji, i polskich znaków), jednostki sygnału wejściowego (Unit) oraz opis (Description).
Parametryzacja bloku obejmuje podanie: wartości generowanego sygnału AO (InitValue).
5 1.5 CURVE - Curve Function – Funkcja w postaci krzywej łamanej
Wykres regulacyjny (krzywa regulacyjna).
AI (x)
CURVE Limit
Dimension
AO (y)
Parametry bloku:
Limit (D) = wybór między trybem ograniczenia (1) lub ekstrapolacji (0).
Dimension (A) = punkty opisujące kształt krzywej regulacyjnej (Pair list x,y) podane jako współrzędne każdego punktu (x,y). y = f(x). Jedna para współrzędnych w jednym wierszu. Krzywa może zawierać maksymalnie 127 punktów. Wartość współrzędnej x ma być rosnąc w kolejnych punktach krzywej.
Między punktami tworzącymi wykres wartości są interpolowane liniowo.
Parametr ograniczenie (Limit) służy do uruchamiania funkcji ograniczającej sygnał wyjścia (y), gdy sygnał wejścia znajduje się poza zakresem opisanym pierwszym i ostatnim punktem krzywej. Gdy ograniczenie jest wyłączone (Limit = 0) wartośc sygnału wyjścia jest w takich sytuacjach ekstrapolowana liniowo.
1.6 VECTOR - Vectorial Curve Function
AI
VECTOR Xmin
Xmax
Dimension
AO
Parametry bloku:
Xmin (A) = dolny limit sygnału wejścia AI.
Xmax (A) = górny limit sygnału wejścia AI.
Dimension (Y(X)) (A) = lista wartości funkcji (minimum dwóch, maksymalnie 255) podanych w osobnych wierszach.
Blok VECTOR pozwala zdefiniować funkcję linową z podaniem górnego i dolnego ograniczenia sygnału wyjściowego AO. Funkcja y = f(x) definiowana jest poprzez podanie dolnego i górnego ograniczenia wartości sygnału wejściowego (x) oraz określonej liczby wartości sygnału wyjściowego (y), które są równomiernie rozkładane w zakresie opisanym limitami (x). Między zadanymi punktami wartość funkcji jest interpolowane liniowo.
Przykładowo: ograniczenie sygnału wejściowego (x) do 10 do 30. Zdefiniowanych pięć wartości sygnału wyjściowego (y). Przedział <10,30> dzielony jest automatycznie na cztery równe części i tym wartościom przyporządkowywane są zdefiniowane wartości (y).
6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0 10 20 30 40
1.7 DELAY - Delayed On/Off – Opóźnienie załączenia/wyłączenia
wejście, DI
DELAY DelayOn
DelayOff
DO, wyjście
Blok opóźnia załączenie i wyłączenie urządzenia o podane czasy – opóźnia zmianę sygnału z 0 na 1 oraz z 1 na 0 o czas podany w sekundach osobno dla załączenia i wyłączenia.
Edytując właściwości bloku (Edit) nadaje się mu nazwę (Identifier, bez cyfr, spacji, i polskich znaków), jednostki sygnału wejściowego (Unit) oraz opis (Description).
Parametryzacja bloku obejmuje podanie: opóźnienia załączenia (zmiany sygnału z 0 na 1) w sekundach (DelayOn), opóźnienia wyłączenia (zmiany sygnału z 1 na 0) w sekundach (DelayOff).
Input
Output
0 1 1
0
DelayOn DelayOff
1.8 LIMIT - High/Low Signal Limit – Ogranicznik sygnału
wejście, AI
LIMIT MinValue
MaxValue
AO, wyjście
7 Blok ogranicza sygnał AI do zadanych wartości maksymalnej i minimalnej (AO nie przekroczy wartości maksymalnej i minimalnej podanej w bloku).
Edytując właściwości bloku (Edit) nadaje się mu nazwę (Identifier, bez cyfr, spacji, i polskich znaków), jednostki sygnału wejściowego (Unit) oraz opis (Description).
Parametryzacja bloku obejmuje podanie: minimalnej wartości sygnału AO (MinValue), maksymalnej wartości sygnału AO (MaxValue).
1.9 HYST - Binary Hysteresis – Histereza z wyjściem cyfrowym
wejście, AI
HYST Activate
Deactivate
DO, wyjście
Edytując właściwości bloku (Edit) nadaje się mu nazwę (Identifier, bez cyfr, spacji, i polskich znaków), jednostki sygnału wejściowego (Unit) oraz opis (Description).
Parametryzacja bloku obejmuje podanie: wartości AI będącej progiem załączenia sygnału wyjściowego DO = 1 (Activate), wartości AI będącej progiem wyłączenia sygnału wyjściowego DO = 0 (Deactivate).
0 1
Deactivate Activate Variable Output
1.10 MIN - Minimum Signal Selector – Wybór mniejszego z 2 sygnałów analogowych wejście 1, AI_1
MIN AO, wyjście wejście 2, AI_2
Blok wybiera mniejszą wartość z dwóch analogowych sygnałów wejściowych. AO = MIN (A1_1, AI_2). Edytując właściwości bloku (Edit) nadaje się mu nazwę (Identifier, bez cyfr, spacji, i polskich znaków), jednostki sygnału wejściowego (Unit) oraz opis (Description).
8 1.11 TSCH – Harmonogram czasowy (Time Schedule)
TSCH AO
Week charts, Max. INTEGER Liczba zdarzeń w tygodniowych
Holiday charts, Max. INTEGER Liczba zdarzeń urlopowych
WYJŚCIE INTEGER RO (read only – tylko odczyt)
1.12 Przełącznik binarny - Digital mux.
BINARY DI real
DI real DO real
Analogowy łącznik - przekaźnik (liczba rzeczywiste). Blok stale generuje sygnał analogowy o wartości w postaci liczby rzeczywistej z jednego z wejść analogowych (1 lub 0). Wybór dokonywany jest przez zmianę binarnego sygnału sterującego (0/1).
Edytując właściwości bloku (Edit) nadaje się mu nazwę (Identifier, bez cyfr, spacji, i polskich znaków), jednostki sygnału wejściowego (Unit) oraz opis (Description).
9 1.13 Wyrażania matematyczne - Expressions
Blok wyrażenia – Blok posiadający jeden parametr w postaci wyrażenia arytmetycznego. Wyrażenie to może być skomplikowane lub proste. W zależności od postaci wyrażenia blok może posiadać jedno lub kilka wejść (zmienna ilość wejść jest przedstawiana w postaci graficznej na symbolu bloku). Blok posiada jedno wyjście, które może być typu: REAL, INTEGER lub BINARY. Rodzaj wyjścia decyduje o tym, że tworzony jest blok XPR, XPI lub XPB.
Zmienne wejściowe wprowadzane są w postaci dużych lub małych liter alfabetu, przy czym duże litery (A, B, C, …) reprezentują wejścia analogowe, a małe litery (a, b, c, …) wejścia binarne.
Edytując właściwości bloku (Edit) nadaje się mu nazwę (Identifier, bez cyfr, spacji, i polskich znaków), jednostki sygnału wejściowego (Unit) oraz opis (Description).
AI lub BI
REAL lub INTEGER lub BINARY
