Çift Tanklı Bir Sıvı Seviye Kontrol Sisteminin Gerçeklenmesi

Abstract

Bu çalışma, birbirine bağlı iki sıvı tankı üzerinde seviye kontrolü yapılması üzerinedir. Çalışmanın tüm aşamaları bir deney seti üzerinde uygulanmış, teorik yaklaşımların deneysel sonuçları elde edilmiştir. Her iki sistem için, öncelikle fizik yasalarından yararlanarak matematiksel modelleme yapılmıştır. Daha sonra Matematiksel modellerde kimi parametrelerin eldesi mümkün olamayabildiğinden, Sistem Tanıma metotlarının uygulanmasına geçilmiştir. Bu aşamada öncelikle her iki sistem için de geçiş analizi yapmış, sistemlerin basamak yanıtları kullanılarak sistem modelleri bulunmuştur. Elde edilen bu modellerin her bir sistem için yeterli düzeyde oldukları anlaşılmıştır. Buna rağmen Sistem Tanıma için bir uygulama örneği olması açısından Çift Tank Sistemi için En Küçük Kareler Yöntemi ile modelleme de yapılmıştır. Modelleme işlemlerinin ardından seviye kontrolü için kontrolör tasarımına geçilmiştir. Sisteme sırasıyla Aç-Kapa vd Oransal kontrol, en son ise Pıd kontrol uygulanmıştır. Bu aşamada sisteme öncelikle PID tipi kontrolör uygulanmıştır. PID parametreleri çeşitli metotlar kullanılarak hesaplanmış, bulunan çeşitli parametre grupları sistem üzerinde test edilerek sonuçlar kaydedilmiş ve yorumlanmıştır. İkinci aşamada ise sisteme Bulanık Kontrolör uygulanmıştır. Kontrolör tasarımı öncesinde Bulanık Mantık yapısı açıklanmıştır. Bulanık kontrolör önce 3x3=9 kural yapısında yazılmış, uygulamada istenilen hassaslıkta sonuç vermediği gözlendiğinden 5x5=25 kural şeklinde tasarıma geçilmiştir. Bulanık kontrolörün verdiği sonuçlar PID tipi kontrolör ile kıyaslanmıştır. Bulanık kontrolörün de ayarları iyi yapıldığında piyasa standardı diye tabir edilebilecek PID kontrolör kadar iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Çalışmadaki tüm sistem tanıma ve kontrol aşamaları Siemens S7-200 PLC cihazı üzerinden gerçekleştirilmiştir. Sistemle PLC arasında EM-235 Analog giriş-çıkış birimi kullanılmıştır.

This study is about level control on a single tank and two connected liquid tanks. Every stage of the study were applied to the tank systems experiment set and so the experimental results of theorical approaches were obtained. First, for both of the systems (one tank and two tanks), mathematical models were obtained by using physical laws. In mathematical models, some of the parameters could not be found, so use of System Identification Methods became a need. In this stage, for both of the systems, first transient analysis were done, using the step responses the models were obtained. It was inspected that each of the models was good enough and verified. In spite of good verification, for two tanks system, System Identification using Least Squares Estimate was also applied as a forward example. The next stage after the modelling is designing the controllers for level control. First, On-Off and P type, at last PID type controller were applied to the system. The parameters were calculated using several methods, then tested on the system and the results were commented on. In the second stage, Fuzzy type controller was designed. Before designing, Fuzzy Logic Theory was explained. First, controller was programmed with 3x3=9 rules but the results were not good enough, so 5x5=25 rules were programmed. The results of the Fuzzy Controller were compared with the PID type controller’s. It was seen that when Fuzzy Controller had a right tuning, it resulted as good as PID controller. All of the experiments for the identification and the control stages of the system were became true using Siemens S7-200 Programmable Logic Controller (PLC). The system was connected to the PLC through EM 235 Analog input-output device.