冷凍空調自動控制 - 控制系統範例 李達生.

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1 冷凍空調自動控制 - 控制系統範例 李達生

2 Focusing here… 概論 自動控制理論發展 自控系統設計實例 Laplace Transform 自動控制理論 系統穩定度分析
系統性能分析 PID Controller 冷凍空調自動控制 控制系統範例 控制元件作動原理 控制系統除錯 自動控制實務 節能系統控制 訊號擷取系統 訊號雜訊處理 快速溫控系統

3 工業控制經常使用Relay, Switch以及Sensor進行電氣控制 由連接導線將這些元件集合,進行程序控制,將使系統龐大複雜
Programmable Logic Control (PLC) 工業控制經常使用Relay, Switch以及Sensor進行電氣控制 由連接導線將這些元件集合,進行程序控制,將使系統龐大複雜 1969年, 由美商 DEC 使用微控制器與整合電器元件模組化, 製造成第一台 PLC, 應用於汽車自動裝配線

4 PLC 特點 可靠度高 一般PLC零件均要求符合軍用測試規格,壽命高達三十萬小時, 且近年來發展之 Watch Dog Program更進一步提高可靠度 耐候性及惡劣環境操作 PLC可在 -20 ~ 65 degC環境操作, 並能在1000V, 10 us 之連續電壓脈衝下持續運作 模組化結構

5 PLC 架構 Central Processor EPROM I/O Module Expansion Port
Recorder or PC etc.

6 I/O Module – DC Input Module
Switch RC Circuit Photo Coupler Filter I/O Port . LED Indicator Switch RC Circuit DC Input Filter

7 I/O Module – AC Input Module
Switch RC Circuit Photo Coupler Filter I/O Port . LED Indicator Switch RC Circuit AC Input Filter

8 . I/O Module – DC Output Module Load Absorber I/O Port Load
LED Indicator DC Power Filter

9 . I/O Module – AC Output Module Load Load LED Indicator Photo Coupler
Port I/O Port RV . Load RV AC Power

10 . I/O Module – Relay Control Module LED Indicator Load Reed Relay I/O
Port Reed Relay . Load AC DC Power

11 PLC 主要故障問題分析 外接控制元件電感造成回衝電流 相關通訊設定錯誤 程序編譯錯誤

12 PLC 程序編譯 - STL STL與組合語言架構相似, 以指令及變數進行邏輯控制, 例如 LD AND OUT 表示Switch 10000及10001同時為ON狀態時, 輸出 控制點為 ON

13 結構類似程式設計之初規劃之Block Diagram 如下所示
PLC 程序編譯 - LAD LAD圖表示程序控制邏輯 結構類似程式設計之初規劃之Block Diagram 如下所示 10000 10001 10100

14 PLC 程序編譯 - FBD FBD圖類似電子線路邏輯圖 設計Block Diagram 如下所示 10000 & 10100 10001

15 PLC 程序編譯選擇 應根據控制系統需求, 選擇適當的編譯法, 以避免控制程序錯誤 一般簡單開關ON/OFF紀錄,應以LAD圖編譯為主, 方便程序檢查 牽涉複雜邏輯控制者, 則應使用 FBD 對於PLC程序控制極為熟悉者, 可使用 STL, 程式便於攜帶及即時修正

16 PLC 程序編譯範例說明-1 And 控制 LD I0.0 A I0.1 = Q0.0 I0.0 I0.1 Q0.0
代表 I0.0 = 0 且 I0.1 = 0 則 Q0.0 = 0 I0.0 = 1 且 I0.1 = 0 則 Q0.0 = 0 I0.0 = 0 且 I0.1 = 1 則 Q0.0 = 0 I0.0 = 1 且 I0.1 = 1 則 Q0.0 = 1

17 PLC 程序編譯範例說明-2 Or 控制 Q0.0 I0.0 LD I0.0 O I0.1 = Q0.0 I0.1
代表 I0.0 = 0 且 I0.1 = 0 則 Q0.0 = 0 I0.0 = 1 且 I0.1 = 0 則 Q0.0 = 1 I0.0 = 0 且 I0.1 = 1 則 Q0.0 = 1 I0.0 = 1 且 I0.1 = 1 則 Q0.0 = 1

18 PLC 程序編譯範例說明-3 OLD控制 代表 I0.0 ~ I0.5 需全ON, Q0.0輸出為 1 Q0.0 I0.0 I0.1
A I0.1 LD I0.2 A I0.3 OLD LD I0.4 A I0.5 = Q0.0 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 代表 I0.0 ~ I0.5 需全ON, Q0.0輸出為 1

19 PLC 程序編譯範例說明-4 ALD控制 代表 I0.0 ~ I0.5 任一為ON, Q0.0輸出為 1 LD I0.0 O I0.1

20 PLC 程序編譯範例說明-5 MOV_B控制 代表 將單精度整數25填入記憶體區塊VB10 MOV_B SM0.0 EN ENO
LD SM0.0 MOVB 25, VB10 25 IN OUT VB10 代表 將單精度整數25填入記憶體區塊VB10

21 PLC 程序編譯範例說明-6 MOV_W控制 代表 將字串ABC填入記憶體區塊VB10 MOV_W SM0.0 EN ENO
LD SM0.0 MOVW ABC, VW10 ABC IN OUT VW10 代表 將字串ABC填入記憶體區塊VB10

22 PLC 程序編譯範例說明-7 MOV_D控制 代表 將雙精度整數填入記憶體區塊VD10 MOV_D SM0.0 EN ENO
LD SM0.0 MOVW , VD10 >65535 IN OUT VD10 代表 將雙精度整數填入記憶體區塊VD10

23 PLC 程序編譯範例說明-8 MOV_R控制 代表 將雙精度數目附小數填入記憶體區塊VD10 MOV_R SM0.0 EN ENO
LD SM0.0 MOVR , VD10 12.33 IN OUT VD10 代表 將雙精度數目附小數填入記憶體區塊VD10

24 PLC 程序編譯範例說明-9 PLC 程序編譯範例說明-9 PID 控制
LD SM0.0 XORD AC0, AC0 MOVW AIW0, AC0 LDW>= AC0, 0 JMP NOT ORD 16#FFFF0000, AC0 LBL 0 DTR AC0, AC,0 //整數轉實數 SM0.0 EN ENO VB TBL Const 0 ~7 LOOP 代表 啟動PID 控制, 依照TBL所列迴路表以及Loop數, 進行控制

25 阻抗變化時, VAV 能自動 balance 控制
全壓 Resistance Curve Change 系統架構簡圖 PLC Sensor Fan Curve Adjust VAV Outlet Control by Damper Free Inlet 風量 Keep Constant Air Flow Volume

26 由室溫狀態, 使用PLC控制一隔熱空間至 10 degC 恆溫, 並用PLC紀錄其溼度變化
恆溫控制 由室溫狀態, 使用PLC控制一隔熱空間至 10 degC 恆溫, 並用PLC紀錄其溼度變化 Radiation H Sensor T Sensor T TEC W PLC Tdb Cooling and dehumidifying

27 恆溫箱溫度控制 Temp: T 加熱量控制 熱容慣性term 熱洩漏 Control System

28 恆溫箱控制系統響應函數

29 恆溫箱控制系統開路模型 Y(S) Temp in the oven R(S)

30 恆溫箱控制系統開路響應 設空調箱內容積為 1 m3, k = 0.01

31 恆溫箱控制系統閉路模型 Gc(S) Y(S) Temp in the oven R(S)

32 PID控制器加入後響應函數 其中分母為零的S點, 稱為系統極點 分子為零的點, 稱為系統零點,
為求控制穩定需加入Prefilter控制消除零點

33 Prefilter加入後系統閉路模型 Gp(S) Gc(S) Y(S) Temp in the oven R(S)

34 Prefilter加入後響應函數 消除零點已達成穩定控制

35 Prefilter響應函數 以習用之PI控制為例, KD = 0, Kp= 1, KI = 0.3

36 Prefilter真實反應 物理意義為何????