2-Tank System. Telemark University College Department of Electrical Engineering, Information Technology and Cybernetics

Transkript

1 Telemark University College Department of Electrical Engineering, Information Technology and Cybernetics 2-Tank System Hans- Petter Halvorsen, Faculty of Technology, Postboks 203, Kjølnes ring 56, N-3901 Porsgrunn, Norway. Tel: Fax:

2 1 Overview Below we see the 2- Tank system: Qp [cm^3/s] LT1 HA1 Tank1 y1 LA1 FT Q2 Q1 LV1 LT2 HA2 y2 Tank2 LA2 Q4 Q3 LV2 u[v] Reservoar 2

3 3 Technical Details 2 Technical Details [This information is in Norwegian!] 2- tank modellen består av et reservoar med vann og to mellomtanker før vannet returnerer til reservoaret. Figur 2-1 viser et bilde av 2- tanken. Figur tank modellen Nivået i tank1 styres med DeltaV. Nivået måles med en ultralydsensor fra Pepperl+Fuchs og pådragsorganet er en pumpe med område 8.3V til 15V. De to tankene er 25cm høye til overløp og 12cm i diameter. Se Figur 2-2 for prinsippskisse av modellen. Målene på modellen er 510x1180x600mm. Det vil bli gitt en beskrivelse av måleprinsipper i kapittel 5. Se vedlegg C for dokumentasjon av 2- tanken. Formel (2-1) er den matematiske modellen for å beregne volumet i tank1 mens formel (2-2) er den matematiske modellen for å beregne volumet i tank2.

4 4 Technical Details A! dy! dt = Q! Q! Q! (2-1) A! dy! dt = Q! Q! Q! (2-2) Hvor: A! [grunnarealet i tank1= cm 2 ] y! [nivået i tank1] Q! [mengden vann inn i tank1] Q! [mengden vann ut hoved utløp tank1] Q! [mengden vann ut magnetventil/forstyrrelse] A! [grunnarealet i tank2=113.1 cm 2 ] y! [nivået i tank2] Q! [mengde vann inn i tank2] Q! [mengde vann ut hoved utløp tilbake til reservoar] Q! [mengde vann ut magnetventil/forstyrrelse til reservoar]

5 5 Technical Details Qp [cm^3/s] LT1 HA1 Tank1 y1 LA1 Q1 Q2 LV1 FT LT2 HA2 Tank2 y2 LA2 Q4 Q3 LV2 u[v] Reservoar Figur 2-2 Prinsippskisse over 2- tanken Utstyr på modellen Figur 2-3 viser en oversikt over utstyret som er plassert på modellen.

6 6 Technical Details Figur 2-3 Plassering av utstyr på modellen Nivåmåler: Nivået i de to tankene måles ved hjelp av ultralydmålere av typen UC300- F43-2KIR3- V17 fra Pepperl+Fuchs Error! Reference source not found.. Ultralydmålere benytter seg av prinsippet TOF. En lydpuls sendes ut fra måleren, den reflekteres og detekteres i sensoren. Tiden som er brukt er et mål på avstanden fra sensor til væskenivå. Magnetventil: Det er to magnetventiler på modellen, en på hver tank. Disse er opprinnelig tenkt brukt som forstyrrelse. Magnetventilene brukes nå som ledd i en forrigling. Ved for høyt nivå åpnes magnetventilene og nivået senkes. Kapasitiv sensor: Modellen har fire kapasitive sensorer av typen CBN5- F46- E2 fra Pepperl+Fuchs Error! Reference source not found. og det er to på hver tank. En for høy alarm og en for lav alarm på hver sin tank. Mengdemåler: Den 2-tank modellen som er koplet for bruk mot DeltaV, har montert en mengdemåler av typen Bürkert SE30/8030 Error! Reference source not found.. Mengdemåleren består av et roterende skovlhjul med 4 skovler og for hver passering av disse gis det ut en puls. Det er forholdet mellom antall pulser og K-faktoren til mengdemåleren som avgjør «flowraten». K-faktoren er avhengig av DN-størrelsen på mengdemåleren og blir

7 7 Technical Details oppgitt i databladet. I dette tilfellet er måleren en DN06 og den har dermed en K-faktor på 440. En puls tilsvarer 0,136 l/m. Måleren baserer seg på Formel (2-3) f = K Q (2-3) Hvor: f er frekvens K er K- faktoren Q er «flowrate» i liter/sekund For og lettere få signalet fra mengdemåleren inn i DeltaV er det blitt kjøpt inn og montert en omformer fra PR Electronics kalt PR2255 Error! Reference source not found.. Denne omformer pulssignalet over til 4-20mA, hvor 0Hz tilsvarer 4mA og 70Hz tilsvarer 20mA. Tabell 2-1 viser tilkobling av mengdemåler og Tabell 2-2 viser tilkobling av PR-omformer. Tabell 2-1 Kopling av mengdemåler Nr. på plugg Farge leder Polaritet 1 Brun + 2 Gul Signal 3 Hvit - Tabell 2-2 Kopling av PR- omformer Klemme.nr Kabel Rekkeklemmnr X2 9 +Supply Fra Powersupply 10 -Supply Fra Powersupply 5/22 +Dig.input signal - Gul 31 6/21 -Dig.input - Hvit 32 7/24 +Sensor supply-brun 30 3/14 +Out current 26 1/11 -Out current-gnd 27 Pumpestyring: Pumpestyringen er optimalisert og noen komponenter er byttet ut for å få de spesifikasjonene vi ønsket. Pumpestyringen vil ha et område fra 10,92 20mA hvor 10,92 ma tilsvarer 2,73V som blir forsterket 3 ganger i pumpestyringen av kretsen. Dette tilsvarer 8,19V og er der pumpen starter å levere vann. 20mA tilsvarer 15V og er fullt pådrag på pumpen. Se Figur 2-4 for kretsbilde av pumpestyringen.

8 8 Technical Details Releer: Figur 2-4 Krets til forsterkning av pumpesignal Det er satt inn fire releer for å håndtere signalet fra nivåvaktene inn til DeltaV. Disse vaktene gir ut 24V og det er ikke kompatibelt med de digitale inngangene på DeltaV. Dette er blitt løst med relé og hjelpekontakter. Ved høy utgang fra nivåvakt aktiveres releet og det benyttes en potensialfri normalt åpen kontakt som lukker når den aktiveres. Dette gir da en høy inngang i DeltaV Status 2- tanken er nå fullt operativ og koplet opp mot DeltaV. Modellen er plassert på en egen tralle for lett transport. Det er benyttet en flerlederkabel med pluggkopling mellom modell og DeltaV. Videre er det laget en overgang slik at man også kan benytte DAQ- Pad fra National Instruments sammen med et LabVIEW program. Det er to ekstra 2- tanker som er blitt overhalt og oppgradert til å virke med DAQ- Pad og LabVIEW. Disse to andre tankene har en inngang for pumpestyring og to utganger for hver av de to nivåmålerne. Det er valgt å bruke disse inn- og utgangene for å holde det brukervennlig for bruk med DAQ- Pad. Det er viktig å merke seg at signalet fra nivåtransmitterne er reversert, så tom tank er 5V og full tank er 1V.

9 Telemark University College Faculty of Technology Kjølnes Ring 56 N Porsgrunn, Norway Hans- Petter Halvorsen, M.Sc. Telemark University College Faculty of Technology Department of Electrical Engineering, Information Technology and Cybernetics E- mail: Blog: