Bachelor's Thesis

System for measurement and control of pressure in vacuum apparatus

Final Thesis 9.8 MB Appendix 1.16 MB

Author of thesis: Ing. Jan Sedlář

Acad. year: 2022/2023

Supervisor: Ing. Karel Juřík

Reviewer: doc. Ing. Miloslav Steinbauer, Ph.D.

Abstract:

The aim of the bachelor's thesis is to create a system for measurement and control of gas pressure with available vacuum components in vacuum apparatus. After conducting research in the introductory sections of the thesis to better understand the issue and determine suitable problem-solving approaches, the goal of the thesis was implemented based on the theoretical design. The chapters of the thesis discuss the selection of appropriate components and their integration into the functional unit. Both hardware and software solutions implemented in the thesis are described. The automated pressure control in the apparatus is built upon multiple supporting resources of hardware and software nature, which combined create an automatically designed controller that enables easy achievement of the desired operating point for further research in the vacuum apparatus.

Keywords:

pressure control, vacuum apparatus, automatic system identification, automated controller design, control of vacuum peripherals

Date of defence

13.06.2023

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy odpověděl na následující dotazy. Otázku oponenta týkající se možného vylepšení B-PSD regulátoru student zodpověděl. Doplňující otázku týkající se praktického využití výsledku student zodpověděl bez výhrad. Doplňující otázku týkající se sensoru tlaku student zodpověděl bez výhrad. Doplňující otázku týkající se volby B-PSD regulátoru student zodpověděl bez výhrad. Doplňující otázku týkající se hardwarové stránky řešení student zodpověděl bez výhrad.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

prof. Ing. Rudolf Jalovecký, CSc. (předseda)
prof. Ing. Pavel Václavek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D. (člen)
Ing. Radovan Holek, CSc. (člen)
Ing. Adam Chromý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Jirgl, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Karel Juřík

Student Jan Sedlář zpracoval bakalářskou práci na téma řízení vakuové aparatury. Na začátku práce rozebírá různé typy vakuových komponentů a analogově-digitálních převodníků. Následně se větší část práce zabývá popisem vyvinutého systému. Student vhodně člení popis na logické celky (přehledový návrh systému, výběr řídící jednotky, tvorbu uživatelského rozhraní, hardware, software a popis automatické identifikace a regulace). Celý dokument má rozsah 93 stran, což je hodnota nadstandardní, nicméně opodstatněná, zejména vzhledem k obsahu práce. Zpráva je velmi vysoké kvality, jak po obsahové, tak po formální stránce. Použité zdroje literatury jsou odpovídající. Zprávě je možné vytknout pouze drobné detaily formálního charakteru, jako například psaní spojek na konec řádku. Výsledkem této práce je řídící jednotka pro vakuovou aparaturu, jejíž zpracování je taktéž velmi kvalitní, díky čemuž může tato jednotka být okamžitě využita. Student přistupoval k práci velmi svědomitě a aktivně. Práci pravidelně konzultoval a zvolil její vhodné rozvržení nejen během posledního semestru, ale v dřívějších měsících, kdy tvořil některé části připravovaného systému. Celkově práci hodnotím jako vysoce zdařilou, a tím ji i doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 98

Grade proposed by supervisor: A

Student Jan Sedlář vypracoval bakalářskou práci zabývající se Systémem pro měření a řízení tlaku ve vakuové aparatuře. Text od úvodu po závěr obsahuje 89 stran, což mírně překračuje obvyklý rozsah pro bakalářskou práci. Práce je logicky členěna do celkem 9 kapitol, doplněných závěrem, seznamem použité literatury a dále elektronickými přílohami obsahujícími zejména podklady pro DPS a zdrojový kód software. Student použil doporučenou šablonu, práce je psaná v českém jazyce, neobsahuje zásadní chyby. Obrázky a tabulky mají odpovídající grafickou úroveň. Student správně pracuje se zdroji a vhodně strukturuje text.
Jádrem práce je návrh komplexního systému pro ovládání existující vakuové aparatury, umožňující měření a řízení tlaku v pracovním prostoru této aparatury. Student musel tedy použít stávající vakuové komponenty (vývěvu, regulační ventil, vakuové měrky) a navrhnout pro ně systém, který bude komunikovat s těmito komponentami, regulovat celou soustavu a mít uživatelsky přívětivé operátorské rozhraní.
V prvních dvou kapitolách autor popisuje vakuové komponenty obecně i ty konkrétně využité, dále pak A/D převodníky – tady bych poznamenal, že tato část by mohla být zkrácena, neboť popis principů A/D převodníku není pro další práci nezbytný. Další kapitoly již popisují návrh celého systému z hlediska výběru řídicí jednotky (autor se rozhodl pro standardní desku Arduino Mega), inteligentního dotykového displeje Nextion, HW a SW řešení. Podrobně je pak popsán celý ovládací software vč. jednotlivých dialogových oken displeje. Výsledný program umožňuje jednak automatické řízení nastaveného tlaku, jednak manuální ovládání vývěvy a regulačního ventilu. Student se dokonce odhodlal zakomponovat možnost autoidentifikace soustavy s automatickým nastavením parametrů PID regulátoru.
Musím velmi ocenit jak teoretickou, tak praktickou - realizační část, kde je vidět velký kus odvedené práce jak v oblasti teoretického návrhu, tak při realizaci hardware včetně návrhu DPS a zejména při tvorbě programu. Student popisuje i problémy, kterým byl nucen při realizaci čelit.
Po formální stránce obsahuje práce jen několik syntaktických chyb či neobratných formulací, jako je např. „…maximální proudový odběr tak činí 12 W“ na str. 32, nedokončená věta „Vakuový ventil, jako druhý akční prvek“ na str. 79.
Tyto drobné nedostatky ovšem nesnižují vysokou kvalitu předložené práce. Předložený text tak splňuje požadavky kladené na bakalářskou práci, doporučuji jej k obhajobě s hodnocením A, 95 b. Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 9 popisujete prodlevu v regulačním zásahu PID algoritmu při automatické regulaci tlaku na zadanou hodnotu. V textu je uvedeno, že je to tím, že nějakou dobu trvá, než výstup regulátoru dosáhne hodnoty odpovídající minimálním otáčkám vývěvy. Nebylo by řešením prosté přičtení tohoto ofsetu k akční hodnotě regulátoru? Tedy výstup regulátoru by neměl minimální hodnotu nula, ale hodnotu odpovídající minimu otáček vývěvy?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová