چکیده

در این پایان نامه به مدل سازی وپیاده سازی الگوریتم کنترل سطح و دمای خروجی یک مخزن دو ورودی و دو خروجی با کنترل رله ای پرداخته شده است. ورودی های سیستم آب سرد وآب گرم با دماهای ثابت وجریان یکی از شیر ها قابل کنترل و جریان دیگری ثابت در نظر گرفته شده و یک ورودی به عنوان مرجع دمای مطلوب به سیستم اعمال می شود. خروجی های سیستم،  جریان آب گرم با دمای دلخواه و کنترل ارتفاع مخزن است.در ابتدا سامانه مورد نظر در محیط MATLAB  مدل سازی شده و الگورریتمی برای کنترل فرآیند بدست آمده است ودر نهایت کنترلر(PLC) در نرم افزار STEP7  توسعه داده شده است. ساده بودن وارزان بودن این الگوریتم کنترل وبهینه سازی های صورت گرفته برروی مدل درمحیط شبیه سازی شده ازجمله مزیت های این طراحی می باشد.

مقدمه……………………….………………………….………………………………………………2

یکی از مهمترین شاخه های علوم مهندسی کنترل است وآن علمی است که در مورد چگونگی تسلط بر پدیده ها و بدست آوردن نتیجه دلخواه از پروسه مورد نظر بحث می کند . بشرچه درزندگی روزمره وچه در صنعت با پروسه های کنترلی متفاوتی سر وکاردارد وبه ناچاربه دنبال راه حلی مناسب برای در اختیار گرفتن هر چه مناسب تر این پروسه ها است.

امروزه بشر در صنعت باپروسه های مختلف و متفاوتی سروکاردارد که مایل به کنترل آنها است . فرآیند های صنعتی با وجود تنوع بسیار زیادی که دارند به دسته های مشابه تقسیم میشوند که برای هر دسته از آنها می توانیم روش و الگوریتم خاصی را پیاده سازی کنیم،بنابراین برای کنترل پروسه های مختلف و متفاوت صنعتی که دریک دسته قرار میگیرند،راه حل مشابهی وجود دارد. به عنوان مثال کنترل سیستم هیدرولیک دریچه های آبگیر یک سد ،به ظاهر با سیستم کنترل هیدرولیک بازوی یک جرثقیل تفاوت دارد، اما روش انجام کار در هر دو مورد شبیه به هم است ویا کنترل میزان کشش نخ در ماشین های نساجی با کنترل کشش میل گرد در دستگاه نورد ظاهرا متفاوت است ،اما واقعا (در واقع) از روش مشابهی استفاده می کند.

نیاز انسانها به هدف دار کردن زندگی وپدیده های مرتبط با آن وهمچنین علاقه انسانها به نتیجه گیری بهتر و ایدآل ترباعث به وجود آمدن شاخه جدیدی در علوم نوین به نام کنترل شده است که دامنه فعالیت خود را به سرعت و در همه جا گسترش داده است .

در این مقدمه تنها به بیان اصول روشها واجزایی که در کنترل فرآیندهای صنعتی کاربرد دارند، پرداخته شده است و  لذا در ابتدا با تعاریف اولیه و اجزای آنها آشنا می شویم :

1-1 تعریف کنترل و اتوماسیون :

در این قسمت  تعاریفی از اصطلاحات استفاده شده در مهندسی کنترل و اتوماسیون صنعتی ارائه شده است و در ادامه تعریفی از اتوماسیون صنعتی ارائه شده است.

پروسه:پدیده یا فرآیند صنعتی که بشرمایل به در اختیار گرفتن و تحت کنترل در آوردن  آن است پروسه نامیده می شود بدین ترتیب که چند فرمان به شکل ورودی به پروسه وارد شده و پس از انجام شدن روتینهای کنترلی خاص ، خروجی مورد نظر را دریافت کند و ورودی ها را گاهی ورودی مطلوب نامند.

ورودی: دستور هایی که از نقاط مختلف جهت کنترل یک پروسه، به آن اعمال می شود را ورودی می‌‌گویند ویک پروسه میتواند چندین ورودی داشته باشد.

خروجی: نتیجه نهایی هر پروسه که به رفتار آن پروسه تعبیر می شود وبشر مایل به کنترل آن است .

اغتشاش: ورودیهای نا مطلوب ونا خواسته ای هستند که باعث انحراف مقدار خروجی از حد مطلوب می شوند ودر واقع با اختلالاتی که در روتینهای کنترلی یک پروسه بوجود می آورند باعث بوجود آمدن خروجی نا مطلوب می گردد.

تعریف اتوماسیون: خودکار کردن ویا به طور کلی کنترل یک پروسه با استفاده از ابزارها و تجهیزاتی خاص را اتوماسیون می گویند.به گونه ای که علیرغم وجود ورودیهای ناخواسته ومزاحم (نویز)،خروجی پروسه تنها از ورودیهای مشخص آن تبعیت کند واثر نویز در خروجی قابل چشم پوشی باشد .

ابزارها ،تجهیزات و تدابیر خاص که به آن اشاره شد همان سیستم کنترل پروسه است که شامل سخت افزارها ونرم افزارهای خاص کنترل می باشد .بنابراین با توجه  به تعاریف انجام شده ،سیستم کنترل به مجموعه از عناصر و اجزا، با هدف مشترکی که همان تحت کنترل در آوردن خروجی است اطلاق می گردد.

-1-1 تعریف کنترل و اتوماسیون.……………….………………………………………………….2

-2-1 سیستم های خطی و غیر خطی……….………..…….…………………………………3

-3-1انواع سیستمهای کنترل………………….………………………………………..……….5

-1-3-1انواع کنترل کننده ها از نظر قانون کنترل…….…..…..……………………….……..5

-2-3-1عملکرد یک کنترلر….…..………………………………………………………….……..5

-4-1مقایسه کنترل کننده های رله ای و PLC ……………ا…………………………….7

-1-4-1 معرفی کنترل کننده های رله ای………….………………………………….……….7

-2-4-1 معرفی کنترل کننده PLC…………………………………………………….ا……8

-3-4-1مقایسه بین دو کنترلر رله ای و PLC….………………….……………ا…………….9

-5-1فصل بندی پایان نامه……………..….…………………………………………..……….  10

در فصل اول به بیان مفاهیم اولیه در کنترل پرداخته شده و سپس در فصل دوم به معرفی و تشریح دقیق روابط ریاضی مربوط به  موضوع پایان نامه و در فصل سوم به شبیه سازی مسئله در محیط نرم افزار MATLAB ودر فصل چهارم به  کنترل این فرآیند توسط کنترلر PLC در محیط STEP 7 ، صورت گرفته است و در فصل پنجم به بیان نتیجه گیری پرداخته شده است.

نمایش دبی خروجی از مخزن

نمایش دبی خروجی از مخزن

فصل دوم:ریاضیات مسئله

یکی از انواع پروسه هایی که در صنعت متخصصان  با آنها روبرومی شوند ، فرآیند انتقال سیال می باشد.در این پروسه ها ، سیالات از یک محیط به محیط دیگر منتقل می شود.در این پروسه ها معمولا هدف کنترل جریان و یا کنترل ارتفاع و یا فشار سیال در یک مخزن می باشد.

پروسه های انتقال سیال را معمولا به دو دسته تقسیم می کنند :

·        پروسه های انتقال سیال تراکم ناپذیر

·        پروسه های انتقال سیال تراکم پذیر

مایعاتی نظیر آب، محلولهای شیمیایی ، مایعات نفتی و…را سیالات تراکم ناپذیر و گازها مانند: هوا ، گازهای سوختی و… را به عنوان سیالات تراکم پذیر در نظر می گیرند .

به دلیل اینکه موضوع پایان نامه  در زمینه فرآیندهای انتقال سیال تراکم ناپذیر می باشد لذا به توضیح اجمالی و ذکر فرمولهای ریاضی در این دسته از فرآیندها پرداخته می شود .

-1-2 فرآیندهای انتقال سیال تراکم ناپذیر……………………………………………………12

-2-2 فرآیند انتقال سیال توسط یک مخزن یک ورودی و یک خروجی ……….……….16

-1-1-2روش اول خطی سازی…………………………………………………………………17

-2-2-2 روش دوم خطی سازی………………………………………………………………18

-3-2روابط ریاضی مربوط به کنترل ارتفاع در مخزن……………………………………..20

-4-2 روابط ریاضی مربوط به پروسه های حرارتی……………………………………….21

فصل سوم:شبیه سازی فرآیند در محیط MATLAB 

شبیه سازی فرآیند در محیط MATLAB :

فرآیند شبیه سازی شده با توجه به شکل از قسمتهای زیر تشکیل شده است:

·        مخزن

·        دو شیر ورودی و یک شیر خروجی

که به تفصیل در مورد هر یک از عناصر وقسمتهای شبیه سازی شده می پردازیم:

-1-3 شبیه سازی فرآیند در محیطMATLAB ……………………ا…………..……………24

-1-1-3 شبیه سازی مخزن……………..…………………….………………………………26

-2-1-3 شبیه سازی کنترل ارتفاع……………….………………………………………….27

-3-1-3 شبیه سازی کنترلر دما………………………………………………………………27

-2-1-3 شبیه سازی شیرها…………………………………………………………………..30

-2-3تشریح نتایج بدست آمده از شبیه سازی مسئله……………………………….33

-1-2-3 مشاهده خروجی کنترل ارتفاع و اثر اغتشاش در سیستم………………..33

2-2-3  مشاهده خروجی کنترل دما بدون اثر اغتشاش و با اثر اغتشاش…………35

-3-2-3 نمایش دبی خروجی از مخزن ودبی خروجی از سیستم…….……………36

توضیحات درباره مدول مانند سفارش

توضیحات درباره مدول مانند سفارش

فصل چهارم:پیاده سازی مسئله در محیط PLC

استاندارد IEC1131:

در سال 1979 یک گروه متخصص در IEC(INTERNATIONAL ELCTRO-TECHNICAL COMMISION) کار بررسی جامع PLC  ها را شامل سخت افزار ،برنامه نویسی وارتباطات به عهده گرفت .هدف این گروه تدوین روشهای استانداردی بود که موارد فوق را پوشش دهد و توسط سازندگان PLC به کار گرفته شود .این کار در حدود دوازده سال به طول انجامید ونهایتا پس از بحث های موافق و مخالفی که انجام شد استاندارد IEC 1131 شکل گرفت وجنبه های مختلف این وسیله از طراحی سخت افزار گرفته تا نصب ،تست ،برنامه ریزی وارتباطات ان زیر پوشش قرار داد .خواننده محترم با مشاهده لیست بخشهای مختلف این استانداردکه درصفحه بعد آورده شده می تواند تصور بهتری از تلاشی که در این زمینه صورت گرفته داشته باشد.این استاندارد که با همکاری برخی از جمله زیمنس شکل گرفته بود از آن به بعد توسط ایشان بکار گرفته شد و سعی نمودند محصولات خود را با آن منطبق سازند .

PLC -1-4های مختلف زیمنس………………………………………………..……………41

SIMATIC S5 -1-1-4………………………ا………………………………..………………41

SIMATIC S7 -2-1-4……….………………ا………………………………………………42

-2-4خانواده S7……………………………………ا……………………………………….42

S7-200 -1-2-4…………………….…ا………………..…….……………………………42

S7-300 -2-2-4…………….…………ا…………………………..………………………42

S7-400 -3-2-4…………………ا…………….…………………………………………43

S7-400H -4-2-4…………………………ا…………………………………………..…43

S7-400FH -5-2-4………ا……………..………………………………………………43

-3-4 مقایسه بین STEP7 و STEP5……………………ا………………..…………44

-4-4جایگاه نرم افزار STEP 7 در سیستم کنترل…………….………………… 44

-1-4-4تست ON-LINE  ……………………………………ا…………………..……44

-2-4-4تست و راه اندازی…………………………………..………………………….44

-3-4-4بهره برداری……………………………………………………………………….45

-5-4استانداردIEC1131…………………..……………….…ا………………………45

-1-5-4 بخش های مختلف استاندارد IEC1131………………….ا….……….46

-6-4 تشریح کامل برنامه……………………………………………………………..49

-1-6-4 1NET WORK…………………….………ا…………………………………..49

-2-6-4 NET WORK2 ………………………………………………ا………………50

-3-6-4 NET WORK 3 ……………………ا…………………….………………….50

-4-6-4 NET WORK 4,5………………………….…ا…………………………… 51

-7-4 قسمت سخت افزاری کنترلر PLCمورد استفاده در مسئله…………53

فصل پنجم :نتیجه گیری کلی پایان نامه………………………………………..59

کنترل کننده دما

کنترل کننده دما

فهرست اشکال

شکل -1-1 عملکرد کنترل انتگرالی

شکل -2-1 مدل اجزای  PLCبه طور کلی

شکل-1-2 مقایسه یک پروسه انتقال سیال با مدار الکتریکی

شکل-2-2 رابطه جریان با ولتاژ وشباهت آن با فشار و و مقاومت  سیال

شکل -3-2 مقایسه روابط الکتریکی با دبی

شکل-4-2 شمای کلی یک پروسه انتقال سیال برحسب خروجی های مورد نظر

شکل-5-2  شمای فرآیند انتقال سیال توسط یک مخزن

شکل -6-2 شمای کلی کنترل کننده ارتفاع توسط شیردر خروجی

شکل -7-2نمودار پروسه حرارتی به روش مخلوط شدن

شکل-1-3شمای کلی فرآیند شبیه سازی شده

شکل -1-1-3 شمای خارجی از شبیه سازی مخزن

شکل-2-1-3 شمای داخلی از بلوک مخزن

شکل  -3-1-3شمای داخلی مخزن، قسمت کنترل ارتفاع

شکل  -4-1-3شمای داخلی مخزن، قسمت دما

شکل-5-1-3 شمای داخلی مخزن، قسمت داخلی دما

شکل-1-2-1-3 شمای خارجی از شبیه سازی شیرها

شکل 2-2-1-3 شمای داخلی از شبیه سازی شیرها

شکل-1-3-1-3 شمای خارجی از شبیه سازی کنترلر دما

شکل-2-3-1-3 شمای داخلی قسمت کنترلر دما

شکل  -1-1-2-3نمایش خروجی کنترل ارتفاع در مخزن بدون اثر اغتشاش

شکل  -2-1-2-3نمایش خروجی کنترل ارتفاع در مخزن با اثر اغتشاش

شکل   -1-2-2-3 خروجی کنترل دما بدون اثر اغتشاش

شکل-2-2-2-3 خروجی کنترل دما با اثر اغتشاش

شکل-3-2-3 نمایش دبی های خروجی از مخزن وسیستم

شکل-1-3-2-3 نمایش دبی خروجی سیستم

شکل -2-3-2-3 نمایش دبی خروجی از مخزن

شکل -3-3-2-3 نمایش خروجی ارتفاع

شکل -1-5-4 مقایسه زبانهای برنامه نویسی در PLC

شکل -1-6-4 NET WORK 1

شکل -2-6-4NET WORK 2

شکل -3-6-4 NET WORK 3

شکل -4-6-4NET WORK 4,5

شکل 6-4 شمای کلی برنامه در نرم افزار PLC

شکل -1-3-7-4 نشان دهنده ی یک نمونه ی اسلات پر شده

شکل -2-3-4-7 توضیحات راجع به مدول مانند کد سفارش

فهرست جداول

جدول شماره  (1) اصطلاحات به کار رفته شده در سخت افزار

جدول شماره (2) جمع بندی سیگنال های I/O

جدول شماره (3) ترتیب مدول ها درRACK

جدول شماره (4) انتخاب کارت های ورودی دیجیتال

جدول شماره(5) انتخاب کارت های دیجیتال خروجی

 

 

Abstract

This thesis deals with simulate and implementation of digital level controller algorithm and output temperature of 2-input and 2 output repository.   System inputs are cool and hot water with constant temperature. Flow of one of inputs is fixed and the other is variable. The control goal is obtaining water with fixed flow and desire temperature. In the first stage modeling and simulation of entire system is presented in MATLAB, and then an algorithm is developed to control the process. At the end, controller has been expended in STEP7 software. This controller is simple and cheap based on Relay controllers. Many aspects of system are considered in simulation environment



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان