Työ 3 - Vesijohtoverkon virtaamasäätö


Ryhmä 3: Teemu Karttunen, Tauno Meriläinen, Arttu Savolainen, Juuso Tervo


Mittaussuunnitelma


1) Määritetään säätimen vahvistus ja integrointiaika värähtelymenetelmän avulla. Mitataan säädönhyvyyttä säätimen vahvistuksen ja integrointiajan avulla. Tämän jälkeen testataan kuinka hyvin säätimen arvot toimivat virtaamaa muutettaessa verkostossa. Tavoitteena on saada aikaan mahdollisimman hyvä säätö.

2)  Koe suoritetaan Savonian-AMK:n Pilot-vesiverkostossa. Koe toteutetaan seuraavilla laitteilla:

• Grundfos pumppu
• Burkert 8624-2 säädin
• Sami-ohjelmisto
• Valvomon monitori

Muuttamalla vahvistimen ja integrointiajan parametrejä, siten saadaan selvitettyä optimaalinen säätö. Säädön hyvyyttä tarkastellaan valvomon monitorilta ja Samista. Paine säädetään pumpulla ja virtaamaa venttiilillä, jota ohjataan Burkert 8624-2 säätimellä.

3)  Mittaus on jatkuvaa, josta valikoidaan analyysiin edustavat arvot. Mittausjakso alkaa häiriöstä ja loppuu säädön tavoitettua asetusarvon.

Mitattavat suureet ovat:

• Paine (bar)
• Virtaama (l/min)
• Säädön hyvyys: viivästys-, nousu,. huippu- ja asettumisaika (s) sekä maksimiylitys (l/min)

Mittausepävarmuudet

- inhimillinen virhe
- esimerkiksi mittalaitteiden väärinkäyttö (anturi väärinpäin),
- laitetta ei ole kalibroitu asianmukaisesti
-laitteen oma mittausepävarmuus, toleranssi +/- % suuntaan taikka toiseen


Raportti
  
Työnsuoritus

Työ aloitettiin asettelemalla säätimen integrointiaika maksimiin, mikä laitteessamme oli 65,45. Lisäsimme manuaalisesti vahvistuksen arvoa kunnes säätöpiirin värähtelystä tuli tasaista. 

Pysyvää värähtelyä kutsutaan stabiilisuusrajaksi. Tästä saatiin Kpkriit-arvo. Valvomon koneelta saatiin mitattua Tkriit-arvo, joka on värähtelyn jaksonaika.

Kpkriit- ja Tkriit-arvoilla saatiin laskettua PI-säätimen vahvistus Kp ja integrointiaika Ti.

Kp = 0,45*Kpkriit            kaava1

Ti = Tkriit / 1,2                 kaava2

Säädön hyvyys arvioitiin muuttamalla virtaumaa suuremmaksi ja pienemmäksi ja tärkasteremalla kuinka säätö reagoi muutoksiin.

Tuloksen tuotiin SAMI-tietokannasta ja muokattiin exceliin sopivaan muotoon.

Tulokset

Kriittisen vahvistuksen arvoksi saatiin 1,8, josta laskettiin Kp kaavalla 1 arvoksi saatiin 0,81. Integrointiajan arvon Ti laskimme kuvaajista mitatun värähtelyn jaksonajan perusteella kaavalla 2 ja saimme arvoksi 6,67. Laskettuilla arvoilla säädin toimi hyvin. Virtaamaa tasaantui nostaessa ja laskettaessa noin puolessatoista minuutissa.

Kuva 1

Kuva 2

Kuva 3

Kuvassa 1 näkyy värähtelyä ja virtaamaan tehdyt muutokset. Kuvissa 2 ja 3 on kuvattu virtaaman muutoksia tarkemmin.

Mittausten epävarmuus 

Jaksonajan mittaaminen valvomon koneelta oli hankalaa, koske se määritettiin käsin mittatyökalun avulla. Lisäksi mittareiden mittausvirhe voi vaikuttaa saatuihin tuloksiin heittoa.

Tulosten tarkastelu ja johtopäätöset

Lasketuilla arvoilla säädin toimi hyvin ja virtaamaa muutettaessa se asettui hyvin uuteen asetusarvoon ilman yliheilahdusta. Heilahtelun määrä oli erittäin pientä ja säätö reagoi muutoksiin hyvin. Asettumiseen kuluvan ajan tulisi olla mahdollisimman lyhyt, mikä meidän arvoilla oli puolitoista minuuttia.