BAS peamised elementaarfunktsioonid kontrollerites ja tööjaamades

•Operaatori funktsioonid; visualiseerimine, dünaamiline kuva,

graafikud/trendid, skeemid, sõnumid, alarmide haldus

•Management; ajaloo AB, statistika, EM ja globaalne optimeerimine,

hoolduse korraldus, dokumentatsioon

•Monitooring; piirväärtuste seadmine, töötundide summeerimine,

sündmuste loendus

•Arvutamine ja optimeerimine; ajakavad (schedules), sündmuste

lülitamine, optimaalne start/stopp, öine jahutamine, seadesuuruste

piiramine, varutoide, koormuse piiramine, energia tariifi järgi lülitamine.

•Interlocks (vastandlike režiimide välistamine) protsessi juhtimisel,

ohuolukordade ja külmumiste vältimisel.

•Tagasidestatud juhtimine; P, PI/PID, seadesuuruse/ juhitava suuruse

piiramine, kahepositsiooniline ja PWM juhtimine

•Sidestatus andurite ja täituritega (otse kontrollerisse või hajutatud

distantspöördus) ; binaarne I/O (state, counting, switching/positioning)

analog I/O (totalized value/ measuring/positioning)

Automaatikavahendite tingmärgidISO 15519

EN 62424

IEC 60027EN 62708DIN 19227

GOST 21.404-85

−Keskuses | = paneelil

Täiturseadis(üldine)

Täiturmehhanismid

[vaba tähistus + seletus]

M -mootoriga

-klapp (valve)

-(diaphragm)

-käsijuhtim.

M -mootoriga

õ. klapp

(damper)

-pump

Automaatikaseade

H

Põhi- ja lisatähised

posits. #asetus

tõrke puhul: avatud

suletud

samaks

Process Flow Diagram,

Piping and Instrumentation Diagram

P&ID (ISA 5.1)

nt. trafo elektriskeemis

Automaatikavahendite tingmärgidPõhitähis Lisatähised

füüsik.suurus täpsustus tunnus funktsioon

A analüüs - ) alarm,▲

C, O, Z - (vabalt defin.) B piirang - reguleeriv

D tihedus vahe -

E el. pinge (V) - andur -

F kulu, voog suhe - -

G dimensioon - - -

H käsitsijuht. - - () ülemine, avatud

I el.vool - - näidik

J võimsus - - -

K aeg - muutuse arvut. -

L nivoo - - () alumine, suletud

M niiskus - - -

N el. täiturseade O – bin. staatus

P rõhk - punkt -

Q kvantiteet integreeriv - arvesti

R radioaktiivne - - registreeriv

S kiirus , sagedus - - ) lülitav

T temperatuur - - = (transmitter)

U protsessijuhtimise funktsioon - -

V vibrats. moment - - ventiil, klapp

W mass, kaal, jõud - - -

Y mitteel. täiturseade - arvut., muundav -

Z (asend) - - ) ohut. lülitav

Automaatikavahendite tingmärgid

Juhtseade

DIN 19227

AndurTransmitterid

PI

positsioneerigacontroller

EA

IA

PE

el./pneum.

stand.sign.

vool/pneum.

stand.sign.

pneum/el.

stand.sign.

P P

T T

-rõhuandur

Pt100 -temp.andur

L L-nivoo andur

F F-voo andur

-an.indikaator

EVS-EN 12792

Uaa..

EN ISO 10628http://std.iec.ch/iec60617electrotechnical diagrams

Automaatika talitlusskeemi näide

KKA

DN65

PI

KKT

DN65

PI

WM

TE

QQ

TE

PI

TI

H

TC

TIM

EIA

TI

KISTE

PI

KT – küttesüsteemi tagastav torustik

KT

TE

PI

TI

WM

KP1

Segamissõlm soojusvahetigaTV H – reguleerventiil, KIS – programmkell, EIA - releelüliti

KKA – kaugkütte andev torustik KKT – kaugkütte tagastav torustik

KA – küttesüsteemi andev torustik

PP – paisupaak

VÄLISÕHK

TV

Automaatikavahendite tingmärgid

Ühendusi kirjeldavad jooned:

üksik kitsas joon

elektriline

Protsessi torustikud jms paksema joonega

sisesed seosed (tarkvaralised)

ISA S5.1

üldine

pneumaatiline

hüdrauliline

KKA

DN65

PITE40

KKT

DN65

PI

WM

TE

QQ

40

TE

PI

TI

M

TI

M

TI

TE

PI

KA

KT

TE52

PI

TI

WM

KP1TE41

DRR

Hooneautomaatika andmeside alamvõrk

MÕÕTMINE

REGULEERIMINE

AI

AO

HÄIRE

OLEK

DI

DI

JUHTIMINEDO

AI

AO

DI

DI

DO

TC52

Sooja-

tarbevee-

sõlmTV2, SV2, KP2, KP3

≥ 1

A 0 1

K

&

PE51

5 bar

SV1TV1

EAK1

ALAKESKUS

EPJK

JAOTUSKESKUS

+70...+45 °C

K – käiviti, relee

PP1

füüsiline punkt, programmne punkt

küttekontuur

Protsessiliides; mõõteseadmed

Andur

Temperatuur

Jõud [N]

Niiskus [%]

O2 konsentratsioon

--- Mõõtetehnika seisukohalt:

andur mõõtemuundur

elektriline signaal

standardne

Mõõtevahendid:

1. Mõõteriist

2. Mõõtemuundur

3. Mõõt

Mõõtetulemus:

suurus: ühik viga

(arv)

X [ … ] X

(keskkond)

--- A.tööpõhimõte: füüsika (mahtuvuslik, elektrokeemiline, … )

--- A.konstruktiivne lahendus: (ahjus, korstnas, … )

muunduskarakteristik

Y = F(x)

X = F-1(y)

x

y

analoogsignaalidel

x

y1

0

bin. väljund (“relee”)

x

y

(numbriline) koodväljund

“nominaalne muunduskarakteristik”

- avaldis

- graafik

- tabel

Sisendsignaal

( Span ; min … max

Range; max )

Väljundsignaal: standard.

(Status sensor )

Tajur- Andur Signaalitöötlus

Signaalitöötluse osa võimalikud ülesanded:

võimendamine, skaleerimine (tundlikkus S = dy/dx ),

filtreerimine, müra vähendamine,

lineariseerimine,

sildamine,

sobitamine (R),

isoleerimine,

teisendamine (Hz -> V, AC-DC, A/D),

sämplimine, digitaliseerimine,

puhverdamine, nihutamine,

matemaatiline teisendamine (integreerimine, tuletise võtmine,

juure võtmine, jms)

TajurSignaalitöötlus

(conditioner)

Andur

Sensor (+Transducer) Transmitter

Elektriline signaal võib olla alalis- (või

vahelduv-) U,I amplituud, sagedus või

faasimuutus, numbriline signaal.

Transducer muundab (tajuri) signaali järgmise seadme/sõlme jaoks vajalikuks

energiaks (elektriline, mehaaniline, pneumaatiline).

Temperatuuriandurid

A. Soojuspaisumisel põhinevad (tahke keha, vedelik, gaas)

bimetalltermomeeter, bimetallrelee

(+ lihtne, odav, otsetoimeline)

( - madal täpsus, kitsas diap.)

vedeliktermomeetrid

- ruumpaisumine

L=L0(1+ T)

B. Termoelektrilised

termopaarid (thermocouples) , 2…5 mV/100°C (kromell, konstantaan, Pt …)

IEC 584: J (Fe-Konst. -200 …+700 ºC) K (Krom.-Kopell -200 … +1200 ºC) (N)

T (Cu-Konst. -200 …+400 ºC) E (Krom.-Konst. -200 … +900 ºC 60-80V/K)

R,S (Pt+Rh-Pt 0…+1300 ºC)$ B (Pt+Rh-Pt+Rh 300 …+1700 ºC)

C. Takistustermomeetrid ( termoresistiivsed a.)

metallid (RTD - resistance temperature detector) Pt, Ni, Cu

pooljuht - termistor, posistor T º+0,4%/K

RT = R0(1+·T)

T º

RT = Re-T

10 000

1000

100

50 150

-2…-8%/K

T º

10 000

1000

100

50 150

RT200 400 600

soojuskiirgus

TE

NTCT

PRT

t1t2

m1

m2

Nihke ja asendi andurid

A. Piirlülitid, teekonnalülitid, (EN 50041, 107 lülitust)

mehaanilised, herkonlülitid (keelkontaktiga)

B. Potentsiomeetrid (muutub aktiivtakistus)

kulg- ja pöördliikumisele (liuguriga => kulub)

C. Impulssandurid (encoders)inkrementaalsed (imp.välj. → loendi),

absoluut- (koodväljundiga, nt Grey kood)

D. Fotoelektrilised

läbiva valguskiire tõkestussüsteemiga,

peegeldunud kiire tõkestusega,

valguskiire hajutussüsteemiga

Valgusdiood

Avadega ketas

Vastuvõtja

E. Induktiiv- ja mahtuvus- (lähedus)andurid

(kukkupuuteta=>kulumiseta, kiire)

+ laserkiir ja ultraheli

F. linear voltage differential transformer (LVDT) - dif.trafo

reed switch

rectilinear- , rotational-

Limit switchN S

metall + dielektrik

Proximity

E U

Ux +E/2

-E/2

x10,5

Kiiruse, kiirenduse ja jõu andurid

A. Tahhomeetrid (tachometers)

alalisvoolu- ja vahelduvvoolu- tahhogeneraatorid

B. Impulsside loendus kiiruse määramiseks

(optiliste-, magnetiga -, lähedus-, Halli anduritega)

quadrature decoder/counter IC

C. Kiirendus ja vibratsiooniandurid (accelerometers)

- mõõdavad kiirenduse poolt tekitatud massi nihet

nt. piesoelektrilised (a<400g), piesoresistiivsed, mahtuvuslikud,

potentsiomeetriga,

D. Tensotajurid (Strain gauge), Piesotajurid - mõõdavad jõu poolt tekitatud

deformatsiooni

+ gyroscope

2mS

mlR =

Rõhuandurid

A. Manomeeter - mõõdab ülerõhku, rõhu poolt tekitatud deformatsiooni kaudu.

sülfoon, diafragma (membraan), Bourdon’ element

B. dif. manomeeter

C. vaakummeeter

D. baromeeter

Rõhk P = F / S

Ühikud: 1 Pa = 1N/m2

1 bar = deN/cm2 = 105 Pa

1 torr e. mmHg = 133 Pa, 1 mmH2O = 9,8 Pa

1 psi (pound per aquare inch) = 6894 Pa

1 atm = 101 300 Pa ( v. kgf/cm2 , … )

0

P

atmosf. rõhk101,3 kPa - stand.

vaakum

hõrendus

ülerõhk (ga[u]ge pressure)

absoluutne rõhk

diff. P

PE

bellow

Kuluandurid (Flow meter, расходомер)

A. Muutuva rõhulanguga (püsisuurusega kitsenemine torus)mõõte(-ava)-diafragma (orifice), düüs, venturi toru

B. Püsiva rõhulanguga (rotameter, …)

(dünaamiliselt muutub toru ristlõige)

nt. ujukiga

C. Mahulised V [m3] =·t

D. Kiiruslikud

turbiin, tiivik

E. Keerisega (vortex)

hinnatakse ultraheli läbivusega, temp. muutumisega, heli sagedusega

F. Elektromagnetilised (elektrijuhtivusega vedelikud; 10-4m < < 105m)

G. Ultraheli levikuga või tagasipeegeldusega osakestelt (Doppler effect)

Vedelikud, gaasid, puisteained. Ühik: Aine hulk/ajaühikus

FE

PSQ =differential

Pitot tube

Thermal anemometers

V=sqrt(2*P*g/d);

P- dynamic pressure (= airstream P - static P),

d – air density

Ristlõike erinevate mõõtepunktide keskmestamine

ühendatud torudega

Õhuvoo kiiruse mõõtmine

Muutes kütteelemendi voolu säilitatakse allavoolu termistori näitu, mis

sõltub õhuvoolu kiirusest (ja ka temperatuurist, mida ka hinnatakse)

Niiskusandurid

Õhu suhtelise niiskuse taseme (RH) määramiseks saab kasutada märja ja kuiva termomeetri meetodit (psychrometer).

Andurites kasutatakse:

Erinevate materjalide niiskuspaisumist

Juusmaterjali venimist

Polümeerkile materjali mahtuvuse või takistuse muutustPiesoelektriku võnkesageduse muutust (sorbtion)

Elektriliselt jahutatava peegli pinnal kondenseerumist(kastepunkt – dew point - точка росы)

Tahkete materjalide niiskusesisaldus [g/kg]

Andurid kasutavad el.juhtivuse muutust, infrapuna valguse

peegeldusteguri muutust erinevatel lainepikkustel

Nivooandurid

A. Mehhaanilised, ujukiga (float)

B. Üleslükkejõu mõõtmisega (buoyoncy)

C. Vedeliku samba rõhu mõõtmisega; P=h··g (Hydrostatic pressure)

D. Elektrilised

- otsese kontakti meetodil

- mahtuvuslik, mõõtevarraste abil (saab mõõta ka puisteaineid)

E. Optilised

F. Ultraheliga (Võhus=330m/s, Vvedel=1500m/s) nt. kajalood

TÄITUR (ACTUATOR)

A. Elektrienergia juhtimine: P, U, I

( küte, kuumutus, valgustus, galvaanika, … )

B. Mehhaanilise energia juhtimine,

, T, F, V, a, … P, Q[m3/h], …

(Tarbijad: ventilaatorid, pumbad, kompressorid, tööpingid, segustid,

veskid, liftid, konveierid, robotid, … )

C. Asendi juhtimine (positsioon)

- materjali voogude juhtimine (klapid, ventiilid, …

- el.-, pneum.-, hüdraulilised täiturseadised

sobitus Tarbija

Ajam

JS OAnaloog- ( pidev)

Binaarne (diskr.)kontakt- (diskr)

Pidev

Energia

P=Tjuhts. M

Elektrienergia juhtimine

A. Lülitamisega

Kontaktkommutatsioon (sulguv ja avanev elektriline kontakt)

- releed, kontaktorid

Kontaktivaba kommutatsioon

- pooljuhtreleed (SSR - solid state relay)

(türistorid**, sümistorid*, transistorlülitid)

Om: sisendi optiline lahtisidestus,ülekoormuskaitse,

jahutus,induktiivse koormuse kaitse, min I (50 mA)

max I kuni 55 - 60 A

B. Pidevatoimeline juhtimine

Türistorvõimendi

1) Faasireguleerimisega

2) Impulss-laius modulatsioon

+ Elektrilised kaitseahelad ( liigkoormuskaitse, ülepingekaitse, rikkevoolukaitse)

SCR –Silicon Controller Rectifier**,

GTO- Gate Turn Off thyristor**,

A K

G

Triac*,

IGBT –Insulated-gate Bipolar Transistor

IA>

Analoog -> binaarne väljundsignaal

Analoogsisend; 4 … 20 mA (või numbriline)

t

Binaarne väljund; kontakt

u(t)

Impulss-laius modulatsioon:

(PWM –Pulse-Width Modulation)

T

Keskmine U:maxU

TU

=PWM perioodide kaupa

Is

U(t)

100%

0%4 20

t

T

Mehhaanilise energia / asendi juhtimine

A. VahelduvvooluMOOTORID (AC)

el.MOOTORID

B. AlalisvooluMOOTORID (DC)

1. Ühefaasilised M.

1.1 Asünkroonm. (induction m.)

- käivitusahelaga

1.2 Sünkroonm.

- pöörlemissagedus täpselt määratud

toitepinge sagedusega

2. Kolmefaasilised M.

2.1 Asünkroonm.

Lühisrootoriga (harjadeta)

Faasirootoriga

2.2 Sünkroonm.

3. UniversaalM.

1.Elektromagnetergutusega

1.1 jadaergutusega (peavoolum.)

-ergutusmähis ankrumähisega jadamisi

1.2 rööpergutusega (haruvoolum.)

-ergutusmähis ankrumähisega rööbiti

1.3 liitergutusega (kompaundm.)

2. Püsimagnetergutusega2.1 püsimagnet staatoriga

2.2 püsimagnet rootoriga

(brushless)

armature

field poles

field poles

staator rootor

e. ankur

kommutaator, harjad

e. ike

+ R.Võrk, V.Mägi. Elektrotehnika. Tln. 1989

Vahelduvvoolumootorid

1.1 Ühefaasiline asünkroonmootor.

- kiirus sõltub toitepinge sagedusest, mootori omadustest ning võllile

rakendatud koormusmomendist. (enim levinud)

väliselt pingestatud mähis staatoril,

lühisrootor,

käivitamismähis,

nt. Kondensaatormootor

10 - 100 W, ~230 V

reverseeritav

2.1 Kolmefaasiline asünkroonmootor.

~ 3 x 400V (380V), 50Hz, P = 0,1 … 100 kW,

n0 = 3000, 1500, 1000 p/min,

täht- või kolmnurkühenduses mähised,odav, töökindel, puhas, lihtne ekspluat.

reverseerimiseks kaks staatormähise

toitejuhet äravahetada,

kiiruse juhtimiseks sagedusmuundur

EETEL, Elektripaigaldustööd III, 2009. Tõlge

El. Mootorite kasutamineKäivitamine

a) lihtne pingestamine

Probleemideks: käivitusvool, kontaktide sädelemine

dünaamilised/hüdraulilised löögid,

koormusmomendi ületamine

b) tähtühendusest -> kolmnurkühenduseks

c) Sujuvkäivitid (töökindlus, kaitselülitused, voolu piiramine,

käivitus juhtsignaal, …)

Pidurdaminea) loomulik pidurdamine koormus- ja tühijooksumomendi mõjul

b) mehaaniline pidurdamine (kulumine)

c) Elektriline pidurdamine

(pidurdusmoment mähiste lühistamisest või reversseerimisest (-U);

soojenemine, löök). Sujuvkäiviti sujuvaeglustus

Tavatöö režiim: kestev- või lühitalitluses; erinev soojenemine / lubatud moment.

Temperatuurikaitse (termorelee), jahutusrežiim madalatel kiirustel.

Energiasäästutalitlus (väiksemal koormusel väiksem toitepinge)

Sagedusmuundurid kiiruse juhtimiseks

Reversseerimine (pöörlemissuuna muutmine)

Vastupidise pingestamisega või 3f.-l 2 faasi vahetamisega

Soft Start

El. Mootorite juhtimine

Lülitamisegasisse / välja lülitamisel töötab mootor vastavalt oma mehaanilisele

karakteristikule

Lülitamine aja järgiajasõltuvusega

Teekonnalülititega ( ja piirasendi lülitid)N.O. või N.C. kontaktidega

Astmeliselterinevad püsikiirused

Sujuvalt (mootorisõbralikult)

sujuvkäivititega, sagedusmuunduritega

El. Mootorite kasutamine näide

Käivitus | Seiskamine | Reversseerimine | Kaitseahelad

sulavkaitse

termokaitse,

(liigvoolukaitse)

N

PE

Kaitseahelad (Protection), Jahutuslahendused (Cooling)

Sagedusmuundurid

DC Link

Soft

Start-Up

charge

AlaldiRectifier

3~Ui

fi

Control (μC|DSP|PLC|ASIC|FPGA)

VaheldiInverter

Andurid

Koormus

3~Uo

fo

Brake

Comm.

interface

Adjustable Speed Drive (ASD)

Variable Frequency Drive (VFD)

https://youtu.be/Kr8Cj83Fa3A

Täiturmehhanismid

Elektromagnetilised (kahepositsioonilised)klapid, sidurid

Elektrimootoriga(asünkroonmootor, reduktor, lõpulülitid, asendiandur, pidur, käsiajam,

kaitseahelad; I,M)

Pneumaatilised, Hüdraulilised (nõuavad lisaallikaid, kui ei ole otsetoimel.)membraan, hüdrosilinder

Materjali voogude juhtimine

Torutransport

torustik (materjal, paksus, …)

materjal (gaas, vedelik, kütus, toitaine, …)

kiirused (nt. aur max. 120 m/s, vesi max. 10 m/s)

rõhud

nähtused (müra, vibratsioon, kavitatsioon, …)

Kulu reguleerimise põhimõtted

1) pumba tootlikkuse muutmine (pumba mootori pöörlemiskiiruse regul.)

2) hüdraulilise takistuse muutmine Täiturmehhanism (Actuator)

Reguleeriv seadis

(Control valve)

“drosseldamine”

H,[m]

0 50 100 150 200 250 300 35010

15

20

25

30

35

40

45

50

Drosseldamine versus SM

tarbijapump

H=Hs+ktQ2

H=C1-C2Q2

Q,[m3/h]

Pv

Q1Q2

n1

n2

P=P1*(n1/n2)3

Reguleerivad seadised

Tööpõhimõte: sulgur (plug) tekitab takistuse voolamisele (ava väheneb)

Klappide tüübid:

1) siiber (gate, slide valve)

(plaat vooluga risti)

2) pöördklapp (butterfly valve)

(väike rõhkude vahe, mittehermeetiline)

3) (kork) kraan, ventiil (plug, globe, seated valve)

(hüdrauliline takistus ka täielikul avanemisel)nt. kolb, kahepoolne, seguklapp

4) kuulklapp (ball valve)

nt kuulkraan

Reguleerivate seadiste karakteristikud

Kulukarakteristik (flow characteristic)

U (0…100%)

Q

p

Q = F(p,U,keskkond)

Q = CV·f(u) p/

p - rõhulang

- tihedus

u - juhtsignaal (0…1)

CV - erikulu (=103 kg/m3,

p =0,1MPa(1atm))

Karakteristikute tüübid:

Q (p=const.)

Qmax

Qmin

u

0 1

Lineaarne (nt nivoo juhtimiseks)

Eksponentsiaalne (equal percentage)

(nt rõhu ja voo juhtimiseks)

Kiireltavanev

Rangeability R = = 30 … 50Qmax

Qmin

https://youtu.be/Zm9ID7h0v18