التجربة الأولى

اسم التجربة

دراسة مكونات أنظمة السيطرة الرئوية وكيفية استخدامها في بناء أنظمة السيطرة

رجوع
 

 الجزء النظري :
أ‌- المقدمة :
يعتبر الهواء المضغوط من أنواع الطاقة المعروفة , ظهرت تطبيقات مبكرة في بعض المجالات مثل صناعة التعدين والإنشاءات والسكك الحديد ( الموقفات ) إلا أن انتشار أنظمة السيطرة الرئوية تحقق بعد ظهور الحاجة لتحقيق أتمتة وتنظيم تتابع عمليات سيطرة مستمرة , لذلك نادراً ما نرى ألان مصنعاً حديثاً يعمل بدون الاستعانة بأنظمة سيطرة تعمل بالهواء المضغوط .

ومن المميزات العامة للهواء المضغوط :
1. وفرة الكمية وسهولة نقله بالأنابيب وخزنه
2. غير حساس لتغيرات درجة الحرارة
3. ليس هناك خطر من حدوث تسرب منه ( لا خوف من حدوث حريق أو انفجار)
4. نظافته وسهولة تركيبه

ومن النواحي السلبية للهواء المضغوط :
1. قابليته على الانضغاط تحدد من قدرته لذلك هو اقتصادي في حدود قوة معينة
2. الضوضاء العالية أثناء العمل

ب‌- المكونات الأساسية المستعملة في أنظمة السيطرة الرئوية : ( pneumatic control elements )
1. أجزاء التشغيل : ( working elements )
أ- أسطوانة وحيدة الفعل ( ( single action cylinder
في الاسطوانة وحيدة الفعل يسلط الهواء المضغوط على جهة واحدة فقط من الاسطوانة ( A) لهذا فأن هذه الاسطوانة تنجز عملاًَ باتجاه واحد فقط وهو دفع المكبس أما رجوع المكبس داخل الاسطوانة فانه يتم بواسطة النابض , تستخدم مثل هذه الاسطوانات في عمليات الكبس أو الرفع والتغذية . ( شكل 1 أ )
ب- أسطوانة مزدوجة الفعل ( double acting cylinder )
القوة المسلطة بواسطة الهواء المضغوط تحرك المكبس في هذه الاسطوانة باتجاهين عن طريق الفتحتين ( B, A) للحصول على حركة المكبس إلى الإمام والخلف , ويستخدم هذا النوع عندما يتطلب أداء عمل في أثناء الحركة إلى الإمام أصافة إلى العمل في حركة الرجوع . ( شكل 1ب)

A (ب) مزدوجة الفعل B A ( أ ) وحيدة الفعل
شكل (1)
2. أجزاء الإشارة والتحكم ( الصمامات Valves ) ( signal and control elements )

الصمامات وهي من مكونات أنظمة الهواء المضغوط وتقوم بوظائف التحكم والتنظيم لعمليات التشغيل منها :
أ- عمليتي الفتح ( ( start والغلق ( stop )
ب- تحويل الاتجاه للهواء المضغوط
ج- تنظيم الضغط ( pressure ) والانسياب ( flow )
والصمامات حسب عملها مقسمة إلى الأنواع التالية :
1- الصمامات الاتجاهية directional valves
تستعمل لقطع وتوصيل الضغط باتجاهات مختلفة ( تغير اتجاه الهواء )
2- صمامات الاتجاه الواحد non-return valves
تقطع الهواء باتجاه وتوصله بالاتجاه المعاكس
3- صمامات التحكم بالضغط pressure control valves
4- صمامات التحكم بالانسياب flow control valves
تتحكم بحجم وكمية الهواء المضغوط
5- صمامات القطع shut off valves
وهي التي تفتح وتغلق مجرى الهواء

الصمامات ألاتجاهيه :
وهي الصمامات الأساسية في أنظمة السيطرة الرئوية , وهي بأنواع متعددة وأشكال متنوعة على طبيعة العمل ونوعه ويمكن تصنيفها وتمثيلها برموز متفق عليها لغرض معرفة وضيفة كل نوع من خلال قراءة الرموز المؤشرة عليها . ويمكن توضيح الرموز المستخدمة كما يلي :
1- تمثل حالة العمل بمربع
2- عدد المربعات المتجاورة تمثل عدد دوال عمل الصمام
3- الخطوط داخل المربع تمثل مجرى المائع
4- الأسهم تمثل اتجاه مجرى المائع
5- حالات القطع تمثل بخطوط متقاطعة
6- نقاط التوصيل ( توصيل الدخول والخروج ) تمثل بخطوط خارج المربع لحالة عمل واحدة فقط , لمعرفة حالات العمل الأخرى يتم إزاحة المربعات يساراً أو يميناً كل مربع محل الأخر
نقاط الاتصال مع الصمامات :
1- خطوط العمل ( A B C ) ( Working line)
2- توصيل ضغط التجهيز p ( power connections )
3- خطوط التفريغ ( R S T ) ( (exhaust line
4- أشارة السيطرة ( X Y Z ) ( ( control line

 
 

التجربة الثانية

اسم التجربة

دالة الانتقال لمنظومة الاهتزاز الشاقولي

الغرض من التجربة:
1- معرفة أجزاء منظومة اهتزاز شاقولي وكيفية عملها .
2- أيجاد دالة الانتقال والاستجابة للمنظومة .

الأجهزة المستخدمة:
1- جهاز لمنظومة اهتزازية مؤلفة من كتلة ونابض ومخمد , تهتز المنظومة اهتزازا حراً وقسرياً .
2- ساعة توقيت يدوية ( Stop Watch )

 
 

التجربة الثالثة

اسم التجربة

تحليل استجابة منظومات السيطرة من الدرجة الثانية باستخدام الحاسوب
الغرض من التجربة :
1- تشغيل برنامج واستخدامه لحساب ورسم استجابة منظومات من الدرجة الثانية عندما يكون المدخل إشارة خطوة (Step-Input)
2- دراسة تأثير تغيير نسبة التخميد (ξ)  (Damping Ratio على استجابة المنظومات C(t)  .
3- دراسة العلاقة بين مقدار Peak time, overshoot لمرحلة المرور العابر Transient .


الجزء النظري :
1-المنظومة المستخدمة في هذه التجربة يمكن التعبير عنها بالمخطط الكتلي التالي .
 

 
 

التجربة الرابعة

اسم التجربة

منظومة التحكم الحراري باستخدام المسيطر التناسبي
الغرض من التجربة :
1- معرفة أجزاء منظومة التحكم الحراري وكيفية عملها .
2- المقارنة بين المنظومة مفتوحة الحلقة والمغلقة الحلقة .
3-دراسة خواص المسيطر التناسبي أثناء عمله داخل منظومة السيطرة .

الأجهزة المستخدمة :
1- جهاز نموذج لمنظومة حرارية (Thermal system modal ) .
2- جهاز قياس فولتية رقمي (Digital volt meter ) .

 
 
 

التجربة الخامسة

اسم التجربة

عمل منظومة السيطرة الهوائية
الغرض من التجربة:
1. التعرف على المصطلحات الاساسية لمنظومة السيطرة الطوعية والمستخدمة في الانظمة الحقيقية.
2. تمثيل المخططات الاساسية لمنظومة السيطرة الهوائية واجزائها.
3. تشغيل منظومة السيطرة الهوائية وبيان عملها وتوضيح ان ليس هناك فرق بين التأثير اليدوي والاوتوماتيكي في عمل منظومة السيطرة الهوائية.
التطبيقات العملية لمنظومة السيطرة الهوائية :-
منظومة السيطرة الهوائية هي منظومة تستخدم الهواء المضغوط لنقل والسيطرة على الطاقة ومن تطبيقاتها العملية هي السيطرة على ابواب القاطرات, الخطوط الانتاجية الاوتوماتيكية, عمل المكائن الاوتوماتيكية وفي محطات الطاقة الكهربائية.
تعتبر المنظومات الهوائية سهلة الضبط والمعايرة بالأضافة الى انها اقتصادية وصديقة للبيئة.

المصطلحات العامة في منظومة السيطرة الهوائية :-
Process :- العمليات التي تجري على تغير مستوى ارتفاع الماء في الخزان
Process behavior :- السلوك المسجل لمتغيرات الحالة ضمن العمليات الجارية
Inlet and Outlet :- التغذية بالماء ومعدل الجريان ((Feeding, تفريغ الماء ومعدله (Drain)
Disturbance :- الاضطرابات الخارجية التي تتعرض لها المنظومة (stochastic variables )


الاجزاء الاساسية لمنظومة السيطرة (وصف عام) :-
1. خزان ومضخة ماء
2. ضاغط هوائي
3. مقياس معدل تغير ارتفاع الماء (level transmitter)
4. محطة لتغيير التحكم اليدوي والاوتوماتيكي
5. الصمام المؤازر (servo valve)
6. المسيطر (PID Controller)
7. جهاز لقياس الضغط (مانوميتر)

1. وضح حالة المحطة على التشغيل اليدوي مرة والتشغيل الاوتوماتيكي وتعيين مجال عمل الصمام المؤازر ناقش ذلك؟
2. زيادة ضغط الهواء بنسبة 10% - 20% - 30% عن قيمة 1.5 بار ماذا تلاحظ ناقش ذلك؟
 

 
 

التجربة السادسة

اسم التجربة

Closed Loop System

الهدف من التجربة :
1. التعرف على سلوك (PID Controller) عندما يتم ايصاله الى الصمام المؤازر (servo valve) وفي حالة عمل :
• المسيطر التناسبي (P-Controller)
• المسيطر التكاملي (I-controller)
• المسيطر المشتقة (D-Controller)


2. التعرف على عمل جهاز السيطرة الهوائية
المكونات أو الاجزاء الرئيسية اللازمة لتنفيذ التجربة :
1. المسيطر (Controller)
2. خزان ماء مع مؤشر الارتفاع (level transmitter with tank)
3. محطة تشغيل الصمام يدوياُ \ اوتوماتيك ( auto-manual station)
4. الصمام المؤازر (servo valve)
5. مجمع او موزع الهواء المضغوط ( pressure pipe manifold)
6. انابيب مرنة لتوصيل (plastic pipe)

طريقة ربط الجهاز (توصيلات):
1. جهز عمل المسيطرcontroller بايصال المجهز (S) supply الى الموزع بواسطة انبوب
2. جهز عمل مؤشر الارتفاعlevel transmitter بايصال المدخل (input) الى موزع الهواء
3. جهز عمل المحطة auto-manual station بربط النقطة 1 الى موزع الهواء
4. صل مخرج مؤشر الارتفاع level transmitter الى مدخل المسيطر (input)
5. صل مخرج المسيطر الى المحطة اليدوية station auto-manual (point 2).
6. صل مخرج المحطة اليدوية auto-manual station الى الصمام المؤازر servo valve (point 4).