CONTROLLO DELLE TEMPERATURA DI UN FORNO TRAMITE PC
DESCRIZIONE DEL FUNZIONAMENTO
Lo scopo del progetto è di mantenere costante la temperatura in un forno tramite l’accensione e lo spegnimento dell’elemento termico.
All’interno del forno vi è situato un trasduttore che ne rileva la temperatura interna. Tramite una scheda d’acquisizione dati il nostro programma valuta la temperatura interna del forno, la confronta con quella impostata dall’utente e a seconda di ciò che ha bisogno (aumento o diminuzione della temperatura) accende o spegne l’elemento termico.
Sistema a catena chiusa con controllo a comparatore (sistema retroazionato).
In questo caso il sistema viene attivato in modalità ON/OFF rispondendo sempre al gradino in ingresso (VRM) che rappresenta il valore massimo del riferimento. La risposta del sistema è quindi quella massima consentita dal sistema. La regolazione avviene tramite un comparatore che compara il valore di riferimento VR con il valore di controllo Vc ottenuto leggendo ed eventualmente scalando tramite H(s) la variabile in uscita. Il comparatore attiva quindi il sistema G(S) nelle condizioni:
ON se Vc < VR- Isteresi
OFF se Vc > VR + Isteresi
Il valore dell’isteresi è necessaria per non avere commutazioni troppo rapide e definisce al tempo stesso la banda di errore del sistema, infatti la variabile in uscita è approssimata al valore di riferimento ± il valore dell’isteresi ( I ). Questo metodo fornisce ottimi risultati su sistemi lenti come il controllo di temperatura ma ha scarsa utilità in sistemi veloci come il controllo di motori.
Segue il diagramma temporale del sistema:
Il sistema è di realizzazione molto semplice e non richiede alcun studio preliminare, la sua risposta è veloce (vedi tempo di risposta Tr). L’errore in uscita è predeterminabile definendo un valore per l’isteresi: errore % = 100 I/VR da cui è possibile determinare il valore dell’isteresi a seconda dell’errore massimo desiderato.
Il circuito interno al forno è formato da un semplice termistore che varia il proprio valore resistivo al variare della temperatura. La scheda di acquisizione dati è di fondamentale importanza in quanto serve a ricavare i dati dal circuito all’interno del forno, e in base a questi modificare il funzionamento del forno stesso.
Affinché
il tutto funzioni sono necessari i seguenti elementi:
·
Il forno contenente un circuito che ne rileva la temperatura;
·
Un PWM che alimenta l’elemento termico del forno;
·
Un alimentatore che alimenti la scheda d’acquisizione dati;
·
La scheda d’acquisizione dati che gestisce il funzionamento del forno
tramite il PC;
·
Un generatore che alimenti la scheda all’interno del forno;
·
Cavi di collegamento.
In
ordine di scala il nostro progetto funziona così:
1.
Il circuito all’interno del forno rileva la temperatura;
2.
Il dato viene rilevato dalla scheda acquisizione dati e visualizzato
tramite il nostro programma nel PC;
3.
Il programma confronta la temperatura interna del forno con quella
impostata dall’utente;
4.
Se la temperatura all’interno del forno è più bassa di quella
impostata dall’utente il programma invia un dato alla scheda che fa accendere
l’elemento termico, viceversa, se la temperatura all’interno del forno è più
alta di quella impostata l’elemento termico viene spento.
Ricordiamo
che il programma non regola soltanto l’accensione e lo spegnimento
dell’elemento termico nel forno, ma visualizza anche l’andamento della
temperatura all’interno del forno consentendo una visualizzazione di 10, 20 e
30 minuti.
Infine specifichiamo che l’accensione e lo spegnimento dell’elemento termico sono in base ad una variazione di temperatura di ± 0.1°C.
Per ricavare G(s) abbiamo paragonato il circuito ad un filtro RC.
Sapendo che il funzionamento nel tempo di un circuito RC è:
Vo(t)=A(1-e-t/t)
Abbiamo ricavato l’andamento nel tempo del nostro circuito:
41°C=A
A=41-19,9=21,1
Quindi
Vo(t)=21,1(1-e-t/930)
Applicando la trasformata di Laplace abbiamo ricavato:
