Prowadzący: Prof. PWr Jan Syposz

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Prowadzący: Prof. PWr Jan Syposz"

Grażyna Kozieł
5 lat temu
Przeglądów:

1 Automatyzacja w inżynierii środowiska Prowadzący: Wykład 1 Prof. PWr Jan Syposz

2 Zakres tematyczny wykładu Wprowadzenie do techniki regulacji i sterowania Regulatory Programowanie sterowników swobodnie programowalnych Charakterystyka urządzeń wykonawczych Charakterystyka urządzeń pomiarowych Rozdzielnice zasilająco-sterujące w systemach automatyki Komputerowe systemy zarządzania infrastrukturą techniczną budynków Komputerowe systemy telemetrii i nadrzędnego sterowania

3 Podstawa zaliczenia wykładu Obecność obowiązkowa na wszystkich zajęciach Kolokwium zaliczeniowe na ostatnich zajęciach

4 LITERATURA 1. Zawada B.: Układy sterowania w systemach wentylacji i klimatyzacji. Warszawa Kowal J.: Podstawy automatyki. Kraków Chmielnicki W.: Regulacja automatyczna urządzeń ciepłowniczych. Warszawa Ross H.: Zagadnienia hydrauliczne w instalacjach ogrzewania wodnego. Warszawa Kostyrko K., Łobzowski A.: Klimat pomiary regulacja. Warszawa Praca zbiorowa.: Regelungs- und Steuerungstechnik in der Versorgungstechnik. C.F. Muller Horan T.:Control systems and applications for HVAC/R. New Jersey Underwood C.P.: HVAC control systems. New York, London Lewermore G.J.: Building Energy Management Systems. New York, London 2000.

5 WPROWADZENIE DO TECHNIKI REGULACJI I STEROWANIA

6 Układ regulacji Układ regulacji jest połączeniem elementów automatyki, które współdziałają ze sobą realizując wyznaczone zadanie. Schemat blokowy układu regulacji z w +_ e u y urządzenie obiekt regulacji regulator wykonawcze obiekt regulacji y m element pomiarowy y

7 Element automatyki Element automatyki jest to urządzenie posiadające sygnał wejściowy i wyjściowy Elementy liniowe są to takie elementy, których matematyczny opis ma postać zależności liniowych. Elementy nieliniowe są opisywane za pomocą nieliniowych równań algebraicznych, różnicowych lub różniczkowych. x sygnał wejściowy element automatyki y sygnał wyjściowy

8 Obiekt regulacji Obiektem regulacji może być urządzenie, zespół urządzeń lub proces technologiczny, w którym w wyniku zewnętrznych oddziaływań realizuje się pożądany algorytm działania. Na obiekt regulacji oddziałują zmienne wejściowe nazywane sygnałami nastawiającymi oraz zmienne szkodliwe nazywane sygnałami zakłócającymi. Sygnały wejściowe wpływają na sygnały wyjściowe nazywane zmiennymi regulowanymi y.

9 Wartość zadana, zakłócenie Wartość zadana w wielkości regulowanej jest określona przez wielkość wiodącą w procesie regulacji. Zakłócenie z jest sygnałem wywierającym niekorzystny wpływ na wartość wielkości regulowanej. Zakłócenia generowane poza systemem są sygnałami wejściowymi do obiektu regulacji.

10 Regulator Regulator jest to element układu regulacji, którego zadaniem jest wytworzenie sygnału sterującego wpływającego na przebieg wielkości regulowanej. Sygnałem wejściowym regulatora jest uchyb regulacji e, a sygnałem wyjściowym wielkość sterująca u. Uchyb regulacji e otrzymuje się wregulatorze wwyniku porównania wartości zadanej w oraz wartości wielkości regulowanej y. e = w y Regulator zależnie od uchybu regulacji odpowiednio zmienia sygnał sterujący tak aby spełnić warunek równości wielkości regulowanej iwartości zadanej.

11 Urządzenie wykonawcze Urządzenie wykonawcze składa się z elementu napędowego oraz elementu wykonawczego. Element wykonawczy jest to urządzenie wymuszające zmiany wielkości regulowanej. W przypadku układów ogrzewania i klimatyzacji elementem wykonawczym jest najczęściej zawór regulacyjny. Element napędowy służy jako napęd (siłownik) elementu wykonawczego. Element pomiarowy jest to część układu regulacji, której zadaniem jest pomiar wielkości regulowanej y oraz wytworzenie sygnału ym dogodnego do wprowadzenia do regulatora.

12 Regulacja Regulacja jest definiowana jako proces, wtrakcie którego mierzy się jakąś wielkość fizyczną, nazywaną wielkością regulowaną, porównuje z wartością innej wielkości nazywanej wielkością zadaną i wpływa na jego przebieg w celu minimalizacji różnicy tych wielkości [DIN 19226]. W procesie regulacji przebieg sygnałów odbywa się w obwodzie zamkniętym, nazywanym układem automatycznej regulacji.

13 Przykład układu regulacji Schemat układu regulacji temperatury powietrza wogrzewanym pomieszczeniu z 1 z 2 z 3 2 T z 5 y w 1 u 3 z 4

14 Układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym (zamknięty układ sterowania) W literaturze z zakresu automatyki układ regulacji jest definiowany również jako zamknięty układ sterowania lub układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym. Aby otrzymać zamknięty układ sterowania należy zamknąć pętlę oddziaływań, uzależniając sterowanie od skutków jakie to sterowanie wywołuje. z w _ e u y urządzenie obiekt regulacji regulator wykonawcze obiekt regulacji y m element pomiarowy y

15 Sterowanie Sterowanie jest to proces w układzie, w którym jedna wielkość lub ich większa ilość, jako wielkości wejściowe, wpływają na wielkości wyjściowe według prawidłowości właściwej układowi [DIN 19226]. Układ sterowania jest układem otwartym, w którym sygnał wyjściowy nie jest mierzony ani porównywany z sygnałem wejściowym i nie wpływa na akcję sterowania (brak sprzężenia zwrotnego). Otwarte układy sterowania stosowane są wówczas, gdy związek pomiędzy sygnałem wejściowym iwyjściowym jest z znany. w u człon obiekt urządzenie y wykonawczy sterowania sterujące

16 Przykład regulacji i sterowania y t i 6 u 1 w y m 2 T 3 4 y 5 Schemat technologiczny

17 Przykład sterowania Sterowanie czasowe (programowe) przełączaniem równolegle połączonych pomp w Zegar sterujący u 1 M P 1 y 1 P 2 y 2 u 2 M

18 Rodzaje regulacji Regulacja stałowartościowa polega na utrzymaniu stałej wartości wielkości regulowanej. Wartość zadana pozostaje na stałym poziomie niezależnie od zakłóceń działających na układ (jest zdeterminowana w = const). Działanie układu regulacji automatycznej prowadzi do eliminowania wpływu zakłóceń na wielkość regulowaną. Jest to najczęściej stosowany rodzaj regulacji. z y 4 T 2 3 u 1 y m w z 2

19 Przykład regulacji stałowartościowej Regulacja poziomu wody w zasobniku u 1 w y P 1 2 z 1 4 h 3 z 2 V 2

20 Regulacja programowa Regulacja programowa utrzymuje zmienną w czasie wartość wielkości regulowanej zgodnie z zadanym programem zmiany wartości zadanej (w=w(t)). Typowym przykładem regulacji programowej wsystemach ogrzewania pomieszczeń jest okresowe obniżanie temperatury powietrza do poziomu temperatury dyżurnej w godzinach nocnych lub wdni wolne od pracy.

21 Regulacja stałowartościowa sekwencyjna Regulacja stałowartościowa sekwencyjna stosowana jest w przypadku gdy dla utrzymania stałej wartości wielkości regulowanej konieczna jest współpraca regulatora z dwoma lub więcej elementami wykonawczymi.

22 Przykład regulacji stałowartościowej sekwencyjnej Układ regulacji temperatury powietrza w wentylowanym pomieszczeniu. Regulator w zależności od wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu wysyła sygnał nastawiający do siłownika nagrzewnicy lub do siłownika chłodnicy. Załączanie tych sygnałów odbywa się sekwencyjnie y=t i T u ch u g y w

23 Sekwencyjna regulacja temperatury powietrza Wykres przebiegu sygnału sterującego 100% u u g uch Strefa martwa t i

24 Regulacja nadążna Regulacja nadążna ma za zadanie nadążne korygowanie wartości wielkości regulowanej stosownie do aktualnej wartości zadanej, która zmienia się w sposób niezdeterminowany, tzn. trudny do przewidzenia (w=w(?)) Wogrzewaniach wodnych temperatura czynnika grzejnego zasilającego instalację wewnętrzną tzco (jako wielkość regulowana y) w procesie regulacji nadąża za zmianami temperaturypowietrza zewnętrznego tzew (wartością zadaną w) Regulacja ta uwzględnia wpływ parametrów klimatu zewnętrznego potocznie jest nazywana regulacją pogodową lub kompensacyjną.

25 Regulacja nadążna y' = t w 6 T 1 w u 2 y m T t zco 3 y 5 7 4

26 Wykres regulacji jakościowej t zco [ C] t zco =f(t zew ) t zew [ C]

27 Regulacja nadążna kaskadowa Regulacja nadążna kaskadowa stosowana jest do regulacji temperatury wsystemach wentylacji iklimatyzacji w celu uzyskania wysokiej jakości regulacji poprzez kompensację własności dynamicznych obiektu regulacji. Wprocesie regulacji zakłada się kaskadowe działanie dwu regulatorów, regulatora głównego (wiodącego) oraz regulatora pomocniczego (nadążnego). Obydwa regulatory w regulatorach cyfrowych mogą być zaprogramowane wjednym urządzeniu.

28 Schemat układu kaskadowej regulacji temperatury powietrza w pomieszczeniu wentylowanym Temperaturapowietrzanawiewanego tn (jako wielkość pomocnicza y1) utrzymywana jest przez regulator 1 na poziomie zadawanym przez regulator 2 nadążnie za aktualną wartością temperatury powietrza wywiewanego tw (główna wielkość regulowana y2). t W T t i T t N u 1 1 y 1 u 2 2 y 2 w=t i

29 Przykład zastosowania regulacji kaskadowej Wykres zależności temperatury powietrza nawiewanego od temperatury powietrza wywiewanego stosowany w układach regulacji kaskadowej a b t N [ C] 30 t N max t N =f(±δt) t N t N max 12 t N min t N min -Δt t i +Δt t W [ C] -1K t i +1K t W

30 KONIEC

Podobne dokumenty

Automatyka w inżynierii środowiska. Wykład 1

Automatyka w inżynierii środowiska Wykład 1 Wstępne informacje Podstawa zaliczenia wykładu: kolokwium 21.01.2012 Obecność na wykładach: zalecana. Zakres tematyczny przedmiotu: (10 godzin wykładów) Standardowe