Paljun lämpötilasäädön suunnittelu

Abstract

Perinteiset kylpytynnyrit eli paljut ovat toimintaperiaatteiltaan kamiinalämmitteisiä, mikä tekee niistä vaikeasti säädettäviä. Työssä tutkittava palju eroaa perinteisestä paljusta siten, että paljuvesi lämmitetään kotitalouden käyttöveden tavoin lämminvesivaraajassa. Varaajaan menevän veden osuutta voidaan ohjata 3-tieventtiilillä, mikä mahdollistaa paljun tarkan lämpötilasäädön.

Tässä työssä suunnitellaan paljun lämpötilan takaisinkytketty PI-säätö siitä muodostetun matemaattisen mallin avulla. Säädön suunnittelu aloitetaan muodostamalla paljusysteemin matemaattinen malli fysiikan lakien sekä systeemin rakennekaavion pohjalta. Tämän jälkeen malli validoidaan vertaamalla simulointituloksia ja mitattuja lämpötilavasteita keskenään. Tuloksena saatu systeemin epälineaarinen malli linearisoidaan tasapainopisteeseen, jossa malli kuvaa riittävän tarkasti todellisen systeemin käyttäytymistä. PI-säätimen viritysparametrit valitaan napojen asettelumenetelmällä.

Työssä suunniteltu säädin toteutetaan ohjelmoitavalla logiikalla, jolla ohjataan 3-tieventtiilin toimilaitteelle menevää ohjausjännitettä. Säätimen käytännön suorituskykyä testataan askelvastekokeella. Tutkimalla systeemin lämpötilavasteen muotoa ja nopeutta voidaan todeta, että säätöalgoritmi täyttää sille asetetut suunnitteluvaatimukset. Koska mallivirheistä johtuvan epävarmuuden takia säädin suunniteltiin haluttua hitaammaksi, säätimen suorituskykyä parannetaan askelvastekokeesta saatujen tulosten perusteella. Säätimen uusilla viritysparametreilla systeemin asettumisaika saadaan puolitettua. Työn tuloksena saatua PI-säätöratkaisua verrataan lopuksi energiatehokkaampaan on-off-säätöön.