LabVIEW ve Mikro-denetleyici Tabanlı Sıcaklık Kontrol Sistemi Tasarımı

Öz

Sıcaklık kontrol uygulamaları günümüzde sıklıkla kullanılmaktadır ve kontrol sistemleri içerisinde önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmada bir süreç odasının sıcaklığını kontrol etmek üzere kolay temin edilebilir ve ucuz malzemeler kullanılarak bir sıcaklık kontrol sisteminin tasarımı ve testi gerçekleştirilmiştir. Sistemde süreç odasını ısıtmak ve soğutmak için sırasıyla lamba ve fan kullanılmıştır. Kontrol sisteminin ısıtıcı ve soğutucu çıkışlarını kontrol etmek ve süreç odası sıcaklığını ölçmek için Arduino UNO mikro-denetleyici kartı kullanılmıştır. Mikro-denetleyici seri haberleşme terminali üzerinden bilgisayara bağlanmış ve LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Electronic Workbench) platformunda hazırlanmış bir arayüzle kontrol edilmiştir. Mikro-denetleyicide işletilen aygıt yazılımından alınan veriler arayüz üzerinde görüntülenmiş ve arayüz üzerinden girilen süreç odası referans değeri, uygulanacak kontrol yöntemi tipi ve kontrolör parametreleri aygıt yazılımına gönderilmiştir. Tasarlanan sıcaklık kontrol sistemi kara kutu yöntemiyle birinci dereceden zaman gecikmeli olarak modellenmiş ve üretilen model parametreleriyle ayarlanan Aç−Kapa ve PID (Proportional Integral Derivative) kontrolörler sisteme uygulanmıştır. PID kontrolör parametreleri üretilen modele göre Zeigler−Nichols yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Aç−Kapa ve PID kontrolörlerle gerçekleştirilen ısıtma ve soğutma deneylerinde süreç odası sıcaklığının istenilen sıcaklık değerin etrafında yaklaşık 1 °C salınımla kontrol edilebildiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Sıcaklık kontrolü
• LabVIEW
• süreç kontrolü
• PID kontrolör
• aç−kapa kontrolör
• kara kutu modelleme

Designing Temperature Control System based on LabVIEW and Microcontroller

Öz

In the control applications, temperature control systems are very important role. In this study, a temperature control system realized by inexpensive and easily provided materials was designed and tested. In the temperature control system, it was used lamp and fan for heating and cooling of process room. The Arduino Uno micro-controller board was selected to drive the heating and cooling outputs of the control system and measuring the process room temperature. The micro-controller was connected to the computer via the serial communication terminal and controlled by an interface prepared in the LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Electronic Workbench) platform. The data received from the firmware operated on the micro-controller was displayed on the interface and the reference value of process room, control method and controller parameters entered by the user were sent to the firmware. Using the black-box modelling method, the temperature control system was modeled as a first-order time delayed system, and the On−Off and Proportional Integral Derivative (PID) controllers were applied to the system. PID controller parameters were determined using the Zeigler−Nichols method according to the model parameters. The heating and cooling tests were carried out with On−Off and PID controllers. It was seen that the process room temperature can be controlled by about 1 °C oscillation around the desired temperature.

Anahtar Kelimeler

• Temperature control
• LabVIEW
• process control
• PID controller
• on−off controller
• black box modelling

Kaynakça

1. Aktaş F, Çeken C, Erkan K, Yıldırım M, 2011. Kablosuz Algılayıcı Ağlar Kullanılarak Birinci Dereceden Ölü Zamanlı Bir Sistemin Denetimi. 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey, 252-256.
2. Aldemir A, Hapoğlu H, 2016. Kablosuz Sıcaklık Kontrolü İçin PID Ayarlama Yöntemlerinin Karşılaştırılması. Journal of Polytechnic, 19/1: 9-19.
3. Aström KJ, Hagglund T, 2004. Revisiting the Ziegler–Nichols step response method for PID control. Journal of Process Control, 14: 635-650.
4. Berber E, 2008. Mikrodenetleyicili Endüstriyel Otomatik Sıcaklık Ölçüm ve Kontrol Sistemi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 151.
5. Doğan İ, 2002. Microcontroller Based Temperature Monitoring and Control. Elsevier Science & Technology Books, Chapter 9, Boston/USA, 201-219.
6. Sağlam G, 2013. Pem Yakıt Pilli Bir Mikro-Kojenerasyon Sistemi İçin Kendi Kendini Ayarlayan PI Denetleyici, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 105.
7. Yazıcı İ, Özdemir A, Vatansever F, 2002. Kendinden Ayarlamalı Sayısal PID Tasarımı. SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 6/1: 73-75.
8. Yersel MA, 2007. PID Yönteminin PLC'de Yazılarak Gerçeklenmesi: Çift Cidarlı Reaktör Tank Sıcaklık Kontrolü Örneği, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 73.

9. Yılmaz S, 2009. Konut Dışı Binalarda Değişken Debili İklimlendirme Sisteminin Modellenmesi ve Bulanık Mantık kontrolü, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 75.
10. Yüce A, 2011. Labview ile Endüstriyel Sıcaklık Ölçme ve Kontrol Sistemi. Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 83.
11. Yükselten MS, 2010. PID Controller Design For Asymmetrical Temperature Control, Yüksek Lisans Tezi, Boğaziçi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 86.