Versuchsanleitung - Carl-Engler

Praktikum zur Computertechnik
Laborversuch:
1
Carl-Engler-Schule Karlsruhe
BS, BK, FS
Temperatur-Regelung
Grundlagen
Bei einem Regelkreis wird die Regelgröße x (hier Temperatur) ständig gemessen. Dies ist der
Istwert. Er wird mit einem vorgegebenen Sollwert, der Führungsgröße w verglichen. Wenn der
Istwert kleiner als der Sollwert ist, wird die Stellgröße y (hier Heizspannung) auf einen großen
Wert gesetzt, sonst auf den Wert Null. Da hier nur zwei Werte für die Stellgröße möglich sind,
spricht man von einer Zweipunkt-Regelung. Liegt der Sollwert über der Umgebungstemperatur
kühlt sich die Platte bei ausgeschalteter Heizung von selbst ab. Eine Dreipunkt-Regelung
könnte noch die Zusatzfunktion „Kühlen“ besitzen. Bei der Proportional-Regelung ist die
Stellgröße proportional zur Temperaturdifferenz.
Um das Verhalten eines Regelkreises zu testen, kann man einen Sprung (aufwärts bzw.
abwärts) des Sollwertes vorgeben und und die Sprungantwort des Istwertes aufzeichnen. Ein
weiterer Test ist die Aufzeichnung des Verhaltens bei einer dauernden oder einer zeitlich
begrenzten Störung. Eine Störung ergibt sich meist durch Änderung der
Umgebungsbedingungen.
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Programm-Elemente
Das Netzgerät E3640 hat einen Eingang für die Adresse, die Spannung (Volt) und den
Maximalstrom (Ampere).
Das cDAQ-Modul NI9219 liefert den jeweils aktuellen Temperaturwert in °C.
Der Umschalter schaltet den oberen Eingang durch, wenn an seinem binären Eingang (grün)
ein TRUE anliegt, sonst den unteren Eingang.
Der Vergleicher gibt ein binäres TRUE aus, wenn der Istwert kleiner als der Sollwert ist.
3
Aufgaben
3.1
Aufbau
Schließen Sie das cDAQ-Modul an den Computer an, definieren Sie einen Task zur
Temperaturmessung mit dem Thermoelement Typ K (interner Ausgleich), schließen Sie das
Thermoelement an, testen Sie es und speichern Sie anschließend den Task.
zweipunktregler_lv.odt
Geßler / Müller
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Schließen Sie das Netzgerät über den IEC-USB-Adapter am Computer an und prüfen Sie beim
Einschalten die eingestellte Geräteadresse.
Die beiden Geräte müssen vor dem Laden von LabVIEW angeschlossen sein, damit die
zugehörigen Treiber-Programme geladen werden.
Erstellen Sie mit den oben beschriebenen Programmelementen ein Programm für eine
Zweipunktregelung. Das Programm kann z.B. mit einer Sollwerteingabe oder mit Diagrammen
für die einzelnen Größen ergänzt werden.
3.2
Untersuchung des Verhaltens
a) Testen Sie die Funktion des Regelkreises bei zwei verschiedenen Sollwerten (z.B. 40°C und
50°C).
b) Zeichnen Sie das Verhalten bei einem Sollwertsprung (aufwärts und abwärts) auf.
Um den Sollwert, den Istwert und die Heizspannung
in ein Diagramm zu bekommen, müssen die Signale
durch das abgebildete Array-Element
zusammengefasst werden.
c) Untersuchen Sie das Verhalten des Regelkreises
bei einer Störung (z.B. zeitlich begrenztes Auflegen
eines Metallkörpers) bei konstantem Sollwert.
Beschreiben Sie, wie sich die Einschaltzeiten bei der
Heizung verändern.
Kommentieren Sie Ihre Diagramme.
3.3
Regler mit Hysterese
Von einer Hysterese spricht man, wenn der
Einschalt- und der Ausschaltpunkt bei
unterschiedlichen Werte liegen. Im Beispiel
könnte die Heizung ausschalten, wenn
46°C überschritten sind, aber erst wieder
einschalten, wenn 38°C unterschritten sind.
Eine Hysterese ist erwünscht, wenn ein
System nicht durch ständiges Umschalten
belastet werden soll (z.B. Pumpe,
Kranmotor).
Im Programm wird dazu ein Flip-Flop (bistabile
Kippstufe) verwendet. Am Eingang R „set“ kann der
Ausgang Q nur eingeschaltet und nur am Eingang R
„reset“ wieder ausgeschaltet werden. Man benötigt also
zwei Vergleicher: am oberen Hysteresewert wird die
Heizung aus- und am unteren Hysteresewert
eingeschaltet.
Das erforderliche Modul steht in der Datei sub_flipflop.vi
Ändern Sie das Programm, untersuchen Sie die Eigenschaften und kommentieren Sie!
zweipunktregler_lv.odt
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