USTAWNIK TOLERUJĄCY USZKODZENIA TORU SPRZĘśENIA ZWROTNEGO

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "USTAWNIK TOLERUJĄCY USZKODZENIA TORU SPRZĘśENIA ZWROTNEGO"

Aniela Łuczak
7 lat temu
Przeglądów:

1 USTAWNIK TOLERUJĄCY USZKODZENIA TORU SPRZĘśENIA ZWROTNEGO Przykład zintegrowanego systemu mechatronicznego Michał Bartyś Wprowadzenie Schemat blokowy Funkcje ustawnika Model przyczynowo-skutkowy Środowisko pracy Zintegrowania budowa elektroniczna Diagnostyka zaworu Zagadnienie tolerowania uszkodzeń Prezentacja sposobu rozwiązania Uwagi końcowe Systemy Mechatroniczne Wydział Mechatroniki , Instytut Automatyki i Robotyki

2 Element wykonawczy Budowa elektropneumatycznego elementu wykonawczego Element wykonawczy składa się z: ustawnika pozycyjnego, siłownika pneumatycznego i zaworu regulacyjnego. Siłownik pneumatyczny Ustawnik pozycyjny Zawór regulacyjny Tłoczysko siłownika zmienia stopień otwarcia zaworu sterującego, Instytut Automatyki i Robotyki

3 Element wykonawczy Rola i miejsce elementu wykonawczego w układzie automatyki Regulator Element wykonawczy Zakłócenia SP e CV PID G Obiekt F L PV Przetwornik System DDC Łącze Aktuator Instalacja Element wykonawczy jest zintegrowany mechanicznie z obiektem regulacji

4 Element wykonawczy Rola i miejsce elementu wykonawczego w układzie automatyki Schemat blokowy SP e Regulator CV Element wykonawczy F Obiekt L PV Przetwornik pomiarowy Ustawnik pozycyjny pełni rolę lokalnego układu regulacji przemieszczenia elementu dławiącego zaworu sterującego

5 Element wykonawczy Rola i miejsce elementu wykonawczego w układzie automatyki Element wykonawczy CV I P s X F SP PV e Regulator główny CV XV Regulator ustawnika I Ustawnik pozycyjny E/P KX f P s Siłownik Zawór X Obiekt L Przetwornik pomiarowy Ustawnik pozycyjny pełni rolę lokalnego układu regulacji przemieszczenia elementu dławiącego zaworu sterującego

6 Element wykonawczy Uproszczony graf przyczynowo-skutkowy Pz CV R Ps X F XV Xf P1 P2 Uszkodzenie toru sprzęŝenia zwrotnego ustawnika tworzy układ sterownia otwartego

Warunki pracy Wysoka temperatura pracy Przykład zastosowania ustawnika pozycyjnego w układzie sterowania poziomu emisji NOx w kotle w zawodowej

7 Warunki pracy Wysoka temperatura pracy Przykład zastosowania ustawnika pozycyjnego w układzie sterowania poziomu emisji NOx w kotle w zawodowej elektrowni węglowej. Ustawnik został zainstalowany w układzie wykonawczym pracującym w bardzo cięŝkich warunkach (temperatura pracy do 70 C oraz wysokie zapylenie).

Warunki pracy Wysoki stopień zapylenia Przykład zastosowania ustawnika pozycyjnego w układzie sterowania dopływu powietrza w kotle w zawodowej elektrowni

8 Warunki pracy Wysoki stopień zapylenia Przykład zastosowania ustawnika pozycyjnego w układzie sterowania dopływu powietrza w kotle w zawodowej elektrowni węglowej. Ustawnik został zainstalowany w układzie wykonawczym pracującym w bardzo cięŝkich warunkach (temperatura pracy do 75 C oraz wysokie zapylenie).

9 Warunki pracy Atmosfera korozyjna Przykład zastosowania ustawnika pozycyjnego do sterowania strumienia wody chłodzącej turbozespołu elektrociepłowni zakładowej. Ustawnik pracuje w warunkach wysokiej temperatury (do 60 C) i wilgotności względnej (do 95%).

10 Warunki pracy Wilgoć Przykład zastosowania ustawnika pozycyjnego do sterowania strumienia pary w jednym z węzłów technologicznych w zakładzie petrochemicznym. Ustawnik pracuje w warunkach wysokiej temperatury (do 70 C) i wilgotności (do 95%).

Warunki pracy Temperatura, wilgoć i drgania Z3 Obejście Przykład zastosowania ustawnika pozycyjnego do sterowania strumienia pary w jednym z węzłów technologicznych w

11 Warunki pracy Temperatura, wilgoć i drgania Z3 Obejście Przykład zastosowania ustawnika pozycyjnego do sterowania strumienia pary w jednym z węzłów technologicznych w cukrowni. Ustawnik pracuje w warunkach wysokiej temperatury (do 85 C) i wilgotności (do 95%). Automatycznej. Maksymalna amplituda drgań 1 mm. Przyśpieszenie: 10g (f=50hz) Z1 Z2

12 Element wykonawczy Problem Jakie warunki powinny być spełnione aby moŝliwe było sterowanie elementu wykonawczego w warunkach uszkodzenia toru sprzęŝenia zwrotnego? Pz CV R Ps X F XV Xf P1 P2

13 Integracja elektroniczna Sprzeczność - wymagania - moŝliwości konstrukcyjne Interfejs RS-485 Wyświetlacz LCD 176 segmentów Pomiar (x) przemieszczenia trzpienia Pomiar ciśnienia (p1) przetwornika E/P Interfejs HART 4-20mA Jednostka centralna 16-bitowa Interfejs przetwornika E/P Przetwornik elektropneumatyczny Przetwornik E/P Interfejs RS-232 Klawiatura 3/5 przyciskowa Pomiar (t) temperatury pracy Pomiar ciśnienia (p2) zasilania Maksymalny pobór prądu w stanie aktywnym: 3,8 ma Maksymalny pobór mocy w stanie aktywnym: 35mW Zakres temperatur pracy: C

14 Kompensacja efektów tarcia Wyniki badań laboratoryjnych. Związek przemieszczenia tłoczyska i ciśnienia. Przemieszczenie tłoczyska w [%] Ciśnienie w komorze siłownika w [%] histereza 8 % Przykładowa charakterystyka statyczna elementu wykonawczego z kolumnowym siłownikiem pneumatycznym jednostronnego działania (bez zewnętrznego obciąŝenia).

15 Kompensacja efektów tarcia Wyniki badań laboratoryjnych. Związek przemieszczenia tłoczyska i ciśnienia. Przemieszczenie tłoczyska w [%] Ciśnienie w komorze siłownika w [%] histereza 38 % Przykładowa charakterystyka statyczna przeciąŝonego elementu wykonawczego z kolumnowym siłownikiem pneumatycznym jednostronnego działania.

16 Element wykonawczy - dynamika Wymagania na odpowiedź na wymuszenie skokowe CV,PV,X Przeregulowanie CV e Zakres tolerancji Odchyłka regulacji Sygnał sterujący CV Odpowiedzi na wymuszenia skokowe Czas regulacji t [s], Instytut Automatyki i Robotyki

17 Element wykonawczy - dynamika Przykład testu przemysłowego HDLR

18 Ustawnik pozycyjny Schemat blokowy ustawnika klasycznego Oznaczenia Przetwornik elektropneumatyczny sieć komunikacyjna 1. Układ regulacji przemieszczenia 2. Przetwornik E/P 3. Komora siłownika 4. Trzpień ustawnika 5. Zawór sterujący 6. Przetwornik przemieszczenia Q

19 Ustawnik pozycyjny Przykład ustawnika tolerującego uszkodzenie toru sprzęŝenia zwrotnego Oznaczenia X F Y 18 Przetwornik elektropneumatyczny sieć komunikacyjna 1. Układ regulacji przemieszczenia 2. Układ regulacji ciśnienia 3. Przełącznik 4. Przetwornik E/P 5. Przetwornik ciśnienia 6. Komora siłownika 7. Trzpień siłownika 8. Zawór sterujący 9. Przetwornik przemieszczenia 7 9 Koszty 8 Q 1. Dodatkowy przetwornik ciśnienia 2. Dodatkowy układ przełączający 3. Dodatkowe oprogramowanie Przykładowa struktura układu tolerującego uszkodzenie toru sprzęŝenia zwrotnego.

20 Ustawnik pozycyjny Przykład ustawnika tolerującego uszkodzenie toru sprzęŝenia zwrotnego 5 6 Ps 4 Us Kp 21, Ti 21, Td 21 Kp 22, Ti 22, Td 22 2 F PVP Us PVP 10 CVP CVP 1=f(CVX,PVX) CVP 2=f(CVX) Kp 11, Ti 11, Td 11 Kp 12, Ti 12, Td 12 F 1 CV CVX sieć komunikacyjna Oznaczenia 1. Układ regulacji przemieszczenia 2. Układ regulacji ciśnienia 4. Przetwornik E/P 5. Przetwornik ciśnienia 6. Komora siłownika 7. Trzpień siłownika 8. Zawór sterujący 9. Przetwornik przemieszczenia 10. Układ zarządzania uszkodzeniami 7 X 9 PVX Koszty 8 Q 1. Dodatkowy przetwornik ciśnienia 2. Dodatkowy układ regulacji ciśnienia 3. Dodatkowe oprogramowanie Przykładowa struktura układu tolerującego uszkodzenie toru sprzęŝenia zwrotnego.

21 Element wykonawczy modelowanie Prosty model dynamiczny X=f(X(t-30), X(t-20), X(t-10), CV). Ilustracja dokładności modelowania przemieszczenia tłoczyska siłownika przy zastosowaniu neuronowego modelu statycznego o postaci PVX=f(PVX(t-30), PVX(t-20), PVX(t-10), CV)., Instytut Automatyki i Robotyki

22 Element wykonawczy modelowanie Przykład prostszego modelu statycznego X=f(Ps) Model neuronowy MLP Akceptowalne właściwości odtwarzania modelowanego przebiegu Prosta implementacja Ilustracja dokładności modelowania przemieszczenia tłoczyska siłownika przy zastosowaniu neuronowego modelu statycznego o postaci PV=f(Ps).

23 Element wykonawczy modelowanie Przykład prostego modelu statycznego X=f(Ps) Wynik badania wraŝliwości modelu na uszkodzenie toru sprzęŝenia zwrotnego (dźwignia mechaniczna w torze sprzęŝenia zwrotnego została zablokowana w pozycji odpowiadającej 50% wartości PV, a następnie wartość SP została zmieniona z 50% do 20%.

24 Element wykonawczy modelowanie Model dynamiczny X=f(X(t-30), X(t-20), X(t-10), CV) Wynik badania wraŝliwości modelu na uszkodzenie toru sprzęŝenia zwrotnego (dźwignia mechaniczna w torze sprzęŝenia zwrotnego została zablokowana w pozycji odpowiadającej 50% wartości PV, a następnie wartość SP została zmieniona z 50% do 20%.

25 Uwagi końcowe Cechy funkcjonalne współczesnych elementów wykonawczych Współczesne urządzenia wykonawcze automatyki: - mają zdolności komunikacyjne (reguła) - mają zaimplementowane zdolności adaptacyjne - samostrojenie (opcja) - mają zdolności do sygnalizacji przekroczeń alarmowych (reguła) - mają zdolności do wnioskowania diagnostycznego w trybie on-line (wyjątkowo) - mają moŝliwość walidacji pomiarów (SEVA) (wyjątkowo)

26 Uwagi końcowe Wymagania stawiane konstrukcji elektronicznej Współczesne urządzenia wykonawcze automatyki: - muszą być zgodne z wymaganiami IEC dotyczącymi kompatybilności elektromagnetycznej (w zakresie odporności i emisyjności) IEC odporność na pole elektromagnetyczne IEC odporność na zakłócenia napięciowe IEC odporność na zakłócenia w paśmie fal radiowych IEC odporność na pole magnetyczne IEC odporność na zaniki zasilania IEC odporność na wyładowania elektryczne - powinny być zgodne z projektem normy IEC (ustawniki inteligentne z wyjściem pneumatycznym)

Podobne dokumenty

INTELIGENTNE ELEMENTY WYKONAWCZE AUTOMATYKI

INTELIGENTNE ELEMENTY WYKONAWCZE AUTOMATYKI Michał Bartyś Wprowadzenie Element wykonawczy Problemy Opis zjawisk fizycznych Przykłady konstrukcji Elementy elektro-pneumatyczne Elementy elektryczne Diagnostyka