Click here to load reader

Wykład 24.10

  • View
    220

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Wykład 24.10

  • Automatyka i sterowanie wgazownictwie

    wykad 1

    Autor: dr in. Iwona OprzdkiewiczNazwa wydziau: WIMiRNazwa katedry: Katedra Automatyzacji Procesw

  • Pojcia podstawowe

    Procesu1ur

    y1

    z1 zM

    yn

    Procesu1y1Zadajnik

    uryp

  • Pojcia podstawowe

    Wielkoci fizyczne wystpujce w procesie sterownia, bdc funkcjczasu i wykorzystywane do przekazywania informacji nazywamysygnaami.

    Sygnaami wyjciowymi nazywamy sygnay, ktrych przebieg okrelaprzebieg procesu.

    Sygnaami wejciowymi nazywamy sygnay, ktrych przebieg wpywa naprzebieg procesu.

    Sygnaami sterujcymi ( sterowaniami ) nazywamy sygnay wejciowe,ktre moemy zmienia w sposb ustalony. Sterowania s oznaczaneprzez u.

    Sygnaami zakcajcymi ( zakceniami ) nazywamy sygnay wejciowe,na ktre nie mamy wpywu. Zakcenia s oznaczane przez z.

    ws yp

    E

    Procesw1 y1

    S

  • Schemat ukadu regulacji

    - wze sumacyjny Bdem ( uchybem ) regulacji nazywamy rnic

    pomidzy sygnaem zadanym i sygnaem wyjciowym zprocesu:

    i = wi - yi Ukadem zamknitym ( ukadem ze sprzeniem

    zwrotnym ) nazywamy ukad, w ktrym sygnaywyjciowe z procesu mog oddziaywa na jego wejcie.

    Urzdzenie przetwarzajce sygna bdu na sygnasterujcy nazywamy regulatorem.

    Zwizki matematyczne pomidzy sterowaniami iwyjciami nazywamy modelami matematycznymiprocesu.

    Proces1=u1r=ur

    y1

    z1 zM

    ykwk

    w1

    iwi+ -

    yi

    _

    _

    +

    +

  • Ukad regulacji

  • Ukad regulacji

  • Podzia obiektw (czonw) automatyki ze wzglduna rodzaj energii zasilajcej

    elektryczne np. silniki, czujniki, sterowniki,przekaniki itp..

    Zalety:- duy wybr elementw;- dostpno energii elektrycznej;- atwo przesyania sygnaw elektrycznych na due

    odlegoci.Wady:- cikie i bezwadne czony wykonawcze;- czsto skomplikowana budowa.

  • NAPD ELEKTRYCZNY RUCHU LINIOWEGO POZYCJONOWANYPRZECZALNIE

  • Podzia obiektw (czonw) automatyki ze wzglduna rodzaj energii zasilajcej

    pneumatyczneZalety:- zasilanie sprzonym powietrzem (bezpieczestwo).Wady:- ograniczona odlego przesyania sygnaw (200-300m);- wolne dziaanie;- due rozmiary;- maa niezawodno.

  • Elementy pneumatycznych urzdze automatyki

    W pneumatycznych urzdzeniach automatykimiar wartoci sygnau jest cinienie. Cinieniadziaajce na powierzchnie membran lub mieszkwwytwarzaj siy, ktre zalenie od konstrukcjiurzdze wsppracujcych powoduj wikszelub mniejsze przesunicia.

  • Elementy pneumatycznych urzdze automatyki

    Membrany wykonywane z gumy, tkaninpowlekanych gum lub tworzywem sztucznym.Cz rodkowa usztywniona jest krkiem(najczciej metalowym) zwanym sztywnikiem.Parametrem charakteryzujcym membrany jestpowierzchnia czynna membrany.

    Mieszki wykonane s z mosidzu, stali orazbrzu berylowego. Podstawowymi parametramicharakteryzujcymi mieszki s: powierzchniaczynna mieszka i sztywno. Powierzchnia czynnaw przyblieniu rwna jest powierzchni denka, niezaley od zmiany dugoci mieszka. Sztywnomieszka c=F/l (l zmiana dugoci mieszka);czsto okrelana dowiadczalnie.

  • Elementy pneumatycznych urzdze automatyki

  • Elementy pneumatycznych urzdze automatyki

    Pneumatyczne elementy oporowe (oporypneumatyczne) elementy wprowadzajceograniczenia przepywu powietrza i wywoujce wzwizku z tym spadki napicia.

    Opr pneumatyczny Rp oblicza si jakowspczynnik proporcjonalnoci midzy spadkiemcinienia p i strumieniem przepywu masowegoQm

    Rp=p/Qm Jeeli warto oporu nie zaley od strumienia to

    opr nazywamy liniowym lub laminarnym.

  • 42 Aparatura Automatyzacji 14

    Opory pneumatyczne

    a/ -opr stay,b/ -nastawny,c/, d/, e/ - zmienne.

    Pojemnoci pneumatyczne

    p C

  • Elementy pneumatycznych urzdze automatyki

    Pojemno pneumatyczna wspczynnikproporcjonalnoci pomidzy strumieniemprzepywu masowego Qm a prdkoci zmiancinienia w komorze (zbiorniku) Cpdp/dt= QmW procesie sprania powietrza w komorzepojemno pneumatyczna jest proporcjonalna doobjtoci komory.

  • Aparatura Automatyzacji 16

    Element dysza przesona

    konstrukcja:

    rozkad cinienia:

  • Elementy pneumatycznych urzdze automatyki

    Oznaczenia: 1 - Stay opr pneumatyczny, 2 komora wyjciowa, 3 dysza, 4 - ruchoma przesona. pz cinienie zasilajce, pk - cinienie wyjciowe, x szeroko szczeliny. d1 rednica otworu opornika staego 1, d2 rednica dyszy 3.

  • Przybliona zaleno pomidzycinieniem wyjciowym i przesuniciemprzesony:

    2

    2

    21

    241 xd

    d

    pp zk

    Przy czym maksymalne otwarcie przesony jest okrelonenastpujco:

    22

    max

    dx

  • Cinienie wyjciowe pk jako funkcja szerokociszczeliny x:

    x

  • 42 Aparatura Automatyzacji 20

    Sumator pneumatyczny

    1,2 mieszki,3 dwignia,4 zderzak,5 dysza.

  • Dziaanie ukadu sumatora:

    Wejcie to cinienia p1 i p2 , a wyjcie to przesuniciegrnej dwigni, sterujce ukadem dysza przesona,

    Wagi cinie wejciowych s powizane zpowierzchniami czoowymi mieszkw oraz ichlokalizacj.

    rwnanie bilansu si i momentw:

    2422213111 lFlSplFlSp

    oznaczenia zob. rysunek

  • SIOWNIK PNEUMATYCZNY TOKOWY

  • ELEMENTY NAPDU PNEUMATYCZNEGO

  • Podzia obiektw (czonw) automatyki ze wzglduna rodzaj energii zasilajcej

    hydrauliczneZalety:- korzystne wasnoci oleju (smarowanie i ochrona);- mae wymiary czonw wykonawczych;- due moce;- dua niezawodno.Wady:- znacznie ograniczona odlego przesyania (do kilku m);- cikie przewody sygnaowe;- konieczno uszczelniania instalacji;- zagroenie wybuchem i poarem.

  • 1 tok, 2 toczysko, 3 doprowadzenie oleju, 4 cylinder, 5 - uszczelnienie

    SIOWNIK HYDRAULICZNY TOKOWY PROSTY

  • Producenci systemw sterowania dlagazownictwa w Polsce

    +Emerson Process Management - Delta V, Oviation+ Siemens - PCS7+ ABB - MasterPiece+ Allan Bradley - Control Logic+ GeFanuc + Wonderware - RX3 + Intouch

  • Przykady elementw systemw

    sterowania

  • Struktura systemu sterowaniaStacja redukcyjno-pomiarowa

  • Stacja redukcyjno-pomiarowa

    realizacja

  • Tocznia gazu

    Struktura systemu sterowania

  • Tocznia gazu

    Realizacja

  • Ukad regulacji

    R Obiekt

    z(t)

    w(t) e(t) u(t) y(t)

    gdzie:w(t) warto zadana,e(t) uchyb regulacji,u(t) sterowanie,z(t) zakcenie,y(t)wielkoregulowanaR regulatorObiekt obiekt regulacji

    Funkcje regulatora:1. wyznaczenie takiego sygnau

    sterujcego, aby uchyb regulacji bymoliwie jak najmniejszy,

    2. Zapewnienie stabilnoci ukaduregulacji,

    3. Zapewnienie odpowiedniej jakociregulacji, ktrej miar s wskanikijakoci regulacji.

    +

    -+

    -

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na sposb dziaania ukadu Ukady stabilizacji - w procesie regulacji maj za zadanie utrzyma sta

    (w czasie) warto wielkoci wyjciowej mimo zmian wielkoci wejciowej idziaajcych na ukad zakce.

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na sposb dziaania ukadu Ukady ledzce (nadne) - dziaaj w taki sposb, aby sygna wielkoci

    wyjciowej nada za zmianami wielkoci wejciowej, tzn., aby y(t) = w(t).Zmiany sygnaw wejciowych nie s znane ani przewidywalne: s losowfunkcj czasu. Ukady te s rwnie nazywane serwomechanizmami.

  • Ukady klasyfikacja- ukady nadnecd.

    Sterowanie w ukadzie otwartym (algorytmzegarowy).

    Sterowanie w ukadzie otwartym - zmiana ustawienia fotoogniw nastpujew zadanych odstpach czasowych na podstawie wyliczonej pozycji Socana nieboskonie. Od tego typu ukadw wymaga si precyzyjnegoustawienia caej konstrukcji (znalezienie prawidowego kierunkupoudnia), oraz sprzenie zwrotne od pooenia fotoogniw. Aktualnapozycja soneczna wyliczana jest na podstawie wzorw empirycznych (ktazymutu i elewacji). Rnica pomidzy aktualn pozycj soca a pozycjstacji jest odchyk od prawidowego pooenia, ktr ukad regulacji masprowadzi do zera - std mowa o sprzeniu zwrotnym. Nie jest tojednak sprzenie zwrotne od wielkoci wyjciowej, jak jest mocuzyskiwana z baterii - jest to zatem nadal ukad otwarty. Wad tego typuukadw s stosunkowo wysokie koszty energetyczne sterowania i maaefektywno, zwaszcza w miesicach zimowych. Ukady te nie potrafireagowa na zmieniajce si warunki atmosferyczne. Rozrnia si ukadyotwarte pracujce w ukadzie zwizanym z jedn osi i dwoma osiami.

  • Ukady klasyfikacja- ukady nadnecd.

    Sterowanie w ukadzie zamknitym. W ukadzie zamknitym oprcz informacji o pooeniu fotoogniw,

    pobiera si informacje o owietleniu. W zalenoci od typu uytegoczujnika mog to by tylko dane o poziomie promieniowania lubte o jego charakterze (kierunkowo, stosunek promieniowaniabezporedniego do cakowitego itp.). Pozwala to w najprostszymprzypadku, ustawi dolny prg owietlenia, przy ktrymaktywuj si ukady napdowe. Daje to du oszczdno energiiw dniach o sabym nasonecznieniu. W bardziej zaawansowanychaplikacjach umoliwia stosowanie inteligentnych algorytmwdecyzyjnych (np. optymalne ustawienie przy przewaajcymudziale promieniowania rozproszonego). W tym ukadzie monawyliczy kat odchylenia baterii od optimum. Wartoci zadan jestzerowa odchyka od pooenia dajcego najwikszy uzyskenergetyczny.

  • Ukady klasyfikacja- ukady nadnecd.

    Ukad hybrydowy. Ukad hybrydowy jest poczeniem zalet ukadu zamknitego i

    otwartego przy eliminacji ich wad. Umoliwia zabezpieczenie siprzed bdnymi odczytami z czujnika owietlenia (awaria bddodatkowe boczne owietlenie z odbicia).

    Ze wzgldu na to e, czynnikiem wpywajcym na maksymalnyuzysk energii ze stacji jest ilo promieniowania odbitego orazrozproszonego, poczenie w ukadzie nadnym stacji tych dwchmetod sterowania, pozwala maksymalnie zminimalizowa uchybregulacji, dla duszego okresu sterowania. Wynikiem jestpowstanie ukadu mieszanego umoliwiajcego podejmowaniedecyzji o rodzaju sterowania:

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na sposb dziaania ukadu Ukady programowalne - s odmian ukadw ledzcych z t rnic, e

    sygna wejciowy w(t) jest z gry okrelon (znan) funkcj czasu.

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na sposb dziaania ukadu Ukady optymalne - struktura i parametry regulatora okrelone s na

    podstawie obliczonego ekstremum przyjtego wskanika jakoci.Przykadem takiego ukadu moe by ukad sterowania cigiem silnikwtak, aby samolot osign okrelony puap, przy minimalizacji wskanikajakoci, ktrym jest zuycie paliwa.

    Ukady przeczajce - regulacja odbywa si na zasadzacie zaczaniai/lub wyczania odpowiednich urzdze procesu w odpowiedniej kolejnoci(sekwencji), a rol regulatora peni najczciej ukad logiczny (na rys. PID).

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na liniowo ukadu Ukady liniowe - mona je opisa za pomoc rwna

    liniowych algebraicznych, rniczkowych, rnicowychlub cakowych. Ukady liniowe speniaj zasadsuperpozycji.

    Ukady nieliniowe - ukad zawierajcy przynajmniejjeden element nieliniowy jest ukadem nieliniowym. Wpraktyce kady ukad jest nieliniowy, lecz w przyblieniuzakada si jego liniowo lub linearyzuje si jegonieliniow charakterystyk. Robi si to zwaszcza wtedy,gdy dziaanie procesu ogranicza si do niewielkiegoobszaru wok pewnego punktu pracy.

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na charakter sygnaw Ukady cige - wszystkie sygnay (wejciowe i

    wyjciowe) s funkcjami cigymiw czasie i mog przybiera dowoln warto z obszaruswojej zmiennoci. Ukadyte opisuje si zwykle rwnaniami rniczkowymi. Np:

    22

    2

    121

    1

    dt

    dC

    dt

    dC

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na charakter sygnaw Ukady dyskretne - ukad jest dyskretny, jeeli

    przynajmniej jeden jego sygnama charakter dyskretny tzn. przyjmuje tylko okrelonewartoci dla okrelonych argumentw. Ukady takieopisuje si zwykle rwnaniami rnicowymi.

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na charakter ukadu Ukady statyczne (bezinercyjne) - wyjcie w danej

    chwili zaley tylko od wejcia (brak stanunieustalonego). Ukady te skadaj si tylko zelementw rozpraszajcych energi i opisuje si jerwnaniami algebraicznymi.

    x(t) y(t)

    a b

    tbxtay

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na charakter ukadu Ukady dynamiczne - ukady, w ktrych wyjcie nie jest

    jednoznaczn funkcj wejcia i zaley dodatkowo odcharakteru procesu przejciowego (inercyjnoci) i stanuukadu w chwili pocztkowej. Opisuje si je rwnaniamirniczkowymi lub rnicowymi.

    u(t) y(t)i(t)

    C

    R

    tydt

    dyRCtu

    dt

    tdyCtiitytRitu

    )(

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na liczb wej i wyj

    Ukady jednowymiarowe - ukady o jednym wejciui jednym wyjciu.

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na liczb wej i wyj

    Ukady wielowymiarowe - ukady o wielu wejciachi/lub wielu wyjciach.

    Proces1=u1r=ur

    y1

    z1 zM

    ykwk

    w1_

    _

    +

    +

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na charakter zmiennociwymusze i parametrw

    Ukady deterministyczne - ukady, w ktrychsygnay s zdeterminowanymi funkcjami czasu.

    Ukady stochastyczne - ukady, w ktrych sygnays wielkociami przypadkowymi (losowymi).

  • Ukady - klasyfikacja

    Podzia ze wzgldu na zdolno dosamoczynnego nastrajania

    Ukady adaptacyjne - ukady, ze zdolnoci dosamoczynnego nastrajania parametrw (np.ukadu pomiarowego lub regulatora) dozmieniajcych si parametrw obiektu lubwystpujcych zakce.

    Ukady zwyke (nieadaptacyjne) - ukady nieposiadajce powyszej wasnoci.