Ανάπτυξη ολοκληρωμένου συστήματος ελέγχου ροής με διατάξεις μικροελεγκτών

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη, ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος ελέγχου ροής μάζας με διατάξεις μικροελεγκτών. Πιο συγκεκριμένα, το σύστημα που υλοποιήθηκε δέχεται τιμή εισόδου από το χρήστη και εκτελώντας τις ανάλογες παραμετροποιήσεις επιφέρει στη διάταξη τα επιθυμητά επίπεδα ροής. Για την ανάπτυξη του συστήματος, μελετήθηκαν βασικές αρχές λειτουργίας του ελέγχου ροής και έγινε έρευνα αντιστοίχων συστημάτων ελέγχου ροής που υπάρχουν στο εμπόριο και σε ερευνητικό στάδιο. Τα πειράματα έλαβαν χώρα στις εγκαταστάσεις του ερευνητικού εργαστήριου Μικροσυστημάτων, Αισθητήρων Ενσωματωμένων Διατάξεων και Αυτοματισμού, MicroSenses. Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε αποτελείται από: το αναπτυξιακό σύστημα STMF401RE σε συνδυασμό με μια ηλεκτρική σφαιρική βαλβίδα και τον αισθητήρα ροής μάζας M-20SLPM-D της Alicat Scientific. Ένα ICMAX232 level shifter χρησιμοποιήθηκε για την μετατροπή των σημάτων επικοινωνίας μεταξύ του μικροελεγκτή και του αισθητήρα. Η τροφοδοσία ροής του συστήματος πραγματοποιείται από έναν συμπιεστή αέρα που παραχωρήθηκε από το εργαστήριο για τις ανάγκες του πειράματος. Στη συνέχεια, πραγματοποιηθήκαν οι αναγκαίες συνδέσεις για τη δημιουργία του κυκλώματος οδήγησης της σφαιρικής βαλβίδας, καθώς και οι συνδέσεις για την επικοινωνία του αισθητήρα με τον μικροελεγκτή. Τα στοιχεία της σφαιρικής βαλβίδας και του αισθητήρα, επικοινωνούν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ειδικούς σωλήνες με αντοχή σε υψηλές πιέσεις, καθώς και δυο ρυθμιστές πίεσης, με τον πρώτο να τοποθετείται στην είσοδο του αισθητήρα, και τον δεύτερο σε διακλάδωση κατά την είσοδο του συστήματος και πριν από την σφαιρική βαλβίδα. Μετά τη σύνθεση του υλικού πραγματοποιηθήκαν μετρήσεις σε ένα ευρύ φάσμα τιμών για την βαθμονόμηση της σφαιρικής βαλβίδας. Συγκεκριμένα, ακολουθηθήκαν δυο διαφορετικά είδη μετρήσεων για την πολύπλευρη προσέγγιση του συστήματος. Έπειτα δημιουργήθηκε το κυρίως πρόγραμμα στο αναπτυξιακό STMF401RE για τον έλεγχο του συστήματος του ελεγκτή ροής μάζας. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις για να διαπιστωθεί η συμπεριφορά του συστήματος, ειδικότερα, ο χρόνος που απαιτεί για να σταθεροποιηθεί στην επιθυμητή τιμή, καθώς και η απόκλιση που εμφανίζει σε κάθε τιμή.