Controllo temperatura in un forno

Istituto professionale industriale e

Artigianato

IPSIA S. Bartoli

A.S. 2007/2008

Tesina per l’esame di Stato

Sistema di controllo

Proporzionale della

Temperatura di un forno

Le alunne:

Branca Ilaria

Volpe Alessandra

Oggetto: sistema di controllo proporzionale della

Temperatura di un forno

Generalità sul sistema di regolazione proporzionale:

Per il sistema di regolazione ON/OFF, il segnale x(t) in uscita ad esso può assumere soltanto due valori che rappresentano le due posizioni possibili aperto o chiuso.

Al contrario, quello che abbiamo utilizzato noi e cioè di tipo proporzionale, quando la temperatura supera il valore di riferimento, invece che aprire completamente il circuito fa diminuire in modo proporzionale la quantità di calore fornita; per esempio diminuendo la tensione di alimentazione.

Viceversa, se la temperatura è insufficiente, si aumenta il calore fornito di una quantità che dipende dalla differenza di temperatura. Nello stesso modo, se la temperatura è troppo elevata, il regolatore diminuisce la tensione di alimentazione.

Lo schema a blocchi del dispositivo costruito è il seguente: +24V

5

6

Display

LM35 I0.7

ADC I0.6

I0.5

I0.4

PLC I0.3

I0.2

I0.1

I0.0

Q0.7 Q0.6 Q0.5 Q0.4 Q0.3 Q0.2 Q0.1 Q0.0

Interfaccia

Come possiamo vedere dallo schema è stato utilizzato un frigorifero che fungerà da forno.

Al suo interno vi sono otto lampadine che corrispondono alle otto uscite del PLC e un trasduttore di temperatura LM35 che acquisirà la temperatura interna del forno e la invierà al convertitore analogico digitale del PLC. I commutatori, invece, hanno permesso l’impostazione della temperatura di riferimento, chiamata SET POINT, che sarà inviata agli otto ingressi del PLC.

Entrambe le temperature verranno visualizzate sul display TD200. A questo punto la temperatura verrà sottratta dal SET POINT e il risultato, dalle uscite, arriverà sia all’interfaccia che alle lampadine facendone spegnere gradualmente in base all’algoritmo impostato nel programma.

Il valore fornito in uscita sarà sempre leggermente diverso da quello di riferimento, poiché ci sono delle dispersioni.

I componenti utilizzati per la realizzazione di questo dispositivo sono:

• Trasduttore di temperatura LM35
• ADC e PLC
• Display
• Commutatori numerici BCD
• Interfaccia

Trasduttore di temperatura LM35

Per acquisire i dati, in questo caso la temperatura interna del forno, abbiamo utilizzato un trasduttore. Infatti il primo anello della catena di acquisizione dati è proprio questo dispositivo che trasforma una grandezza fisica presente in ingresso in un segnale elettrico che ritroveremo in uscita.

A differenza dei sensori, esso ha l’uscita che varia all’interno di un intervallo di valori. Invece il sensore ha un funzionamento di tipo ON/OFF, cioè permette di rilevare la presenza o non di una grandezza fisica in ingresso assumendo solo due valori. I trasduttori possono essere classificati in base alla grandezza fisica che trasformano; esistono quelli di temperatura, di posizione, di velocità, di umidità ecc.

I parametri che caratterizzano un trasduttore sono i seguenti:

• 1. Il campo d’azione è l’intervallo dei valori della grandezza fisica in ingresso che il trasduttore trasforma in segnale elettrico;
• 2. La sensibilità è la variazione del segnale elettrico di uscita in corrispondenza di una variazione della grandezza fisica in ingresso;
• 3. La stabilità è la capacità del trasduttore di mantenere costanti le sue caratteristiche, in particolare la linearità;
• 4. La precisione è l’errore massimo commesso, cioè la differenza tra l’uscita reale e quella teorica;
• 5. Il potere risolutivo è la minima variazione della grandezza fisica d’ingresso che il trasduttore riesce a evidenziare in uscita;
• 6. La ripetitività è la caratteristica di dare le stesse prestazioni anche dopo vari utilizzi, cioè dare la stessa uscita dopo che abbiamo dato lo stesso ingresso in diversi tempi;

Fra i vari trasduttori, come detto prima, c’è quello che abbiamo utilizzato noi e cioè quello di temperatura (LM35). Questo trasforma una grandezza fisica, come in questo caso la temperatura d’ingresso, in un segnale elettrico di uscita.

Il suo schema è il seguente:

Questo dispositivo possiede tre terminali:

• 1. Uno per la massa;
• 2. Uno per il segnale d’uscita;
• 3. Uno per l’alimentazione a 5 V.

Alcune caratteristiche di questo componente sono:

• 1. Il campo d’azione che è la temperatura che esso riesce a rilevare e comprende nel range -55°C +150°C. In questo range la curva caratteristica è una retta, all’infuori di esso non è detto che lo sia;
• 2. La sensibilità che è il cambiamento del segnale elettrico in uscita in corrispondenza a un cambiamento di una grandezza fisica in ingresso ed è di 10 mV/°C;
• 3. L’alimentazione compresa fra 5 e 20 V;
• 4. La corrente di uscita che è di 10 mA.

ADC e PLC

Per gestire il controllo della temperatura del forno abbiamo caricato l’apposito programma nel PLC.

Il controllore logico programmabile o PLC è un computer industriale specializzato in origine nella gestione dei processi industriali.