- Regulatory bezpośredniego działania charakteryzują się tym, że energię niezbędną do działania pobierają za pomocą czujnika zobiektu regulacji.

Transkrypt

1 TYPOWE REGULATORY STOSOWANE W INŻYNIERII ŚRODOWISKA - Wprowadzenie Wykład 4

2 REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA

3 REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA - Regulatory bezpośredniego działania charakteryzują się tym, że energię niezbędną do działania pobierają za pomocą czujnika zobiektu regulacji. - Z tego powodu nazywane są również regulatorami bez energii pomocniczej. - W regulatorze bezpośredniego działania element pomiarowy, regulator, napęd i element wykonawczy najczęściej stanowią jedną całość. - Zaletą tych urządzeń jest prosta budowa iniski koszt. - Wadą ich jest mała dokładność regulacji spowodowana odchyłką statyczną i histerezą oraz możliwość realizacji wyłącznie regulacji stałowartościowej.

4 REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA - Zazwyczaj regulatory te wykonywane są jako proporcjonalne P bez możliwości zmiany współczynnika wzmocnienia oraz realizacji regulacji programowej. - Wartość współczynnika wzmocnienia wynika z konstrukcji regulatora oraz właściwości obiektu regulacji. - Wartość zadana w regulatorach tego typu nastawiana jest mechanicznie.

5 Zastosowanie regulatorów bezpośredniego działania Regulatory bezpośredniego działania wsystemach inżynierii środowiska stosowane sądo regulacji: temperatury (termostaty przygrzejnikowe, ograniczniki temperatury powrotu, regulatory temperatury ciepłej wody), ciśnienia (regulatory i reduktory ciśnienia), różnicy ciśnień ( regulatory różnicy ciśnień), przepływu (regulatory i ograniczniki przepływu), poziomu (regulatory poziomu wody). Wykonywane są również jako wielofunkcyjne regulatory bezpośredniego działania, na przykład w ciepłownictwie do jednoczesnej regulacji różnicy ciśnień i przepływu wody sieciowej w węźle.

6 REGULATORY TEMPERATURY Termostat grzejnikowy wraz z zaworem grzejnikowym tworzy pracujący bez energii pomocniczej regulator temperatury obezpośrednim działaniu ciągłym typu P. Urządzenie sterujące (termostat) składa się z: -czujnika temperatury, -popychacza -oraz zadajnika. Zawór grzejnikowy zawierający element nastawczy (grzybek) stanowi zespół wykonawczy.

7 Termostat grzejnikowy

8 Termostat grzejnikowy W czujnikach termostatów grzejnikowych wykorzystywane sąnastępujące zjawiska fizyczne zachodzącepod wpływem temperatury: -rozszerzalność cieplna cieczy, -rozszerzalność cieplna ciał stałych, -zmiana prężności pary nad powierzchnią cieczy, -zmiana objętości substancji wczasie krzepnięcia i topnienia.

9 Regulator temperatury c.w.u. bezpośredniego działania Termostat znastawnikiem wartości zadanej, kapilarą oraz czujnikiem temperatury pracującym na zasadzie adsorbcji.

10 Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień i przepływu Urządzenie regulacyjne składa się z regulatora, zaworu regulacyjnego isiłownika. Sterowanie zaworem regulacyjnym odbywa się przez wykorzystanie energii przepływającego medium bez konieczności doprowadzania energii zewnętrznej. Wzrost różnicy ciśnień zamyka lub otwiera zawór.

11 Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień

12 Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień

13 Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień

14 Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień zasada działania Regulowana różnica ciśnień p wytwarza na powierzchni membrany siłownika siłę Fm = p A Siła ta porównywana jest na trzpieniu grzyba zsiłą napięcia sprężyny Fs odpowiadającą wartości zadanej. Siła napięcia sprężyny może być regulowana na nastawniku wartości zadanej lub zadana na stałe. Jeżeli zmienia się wartość różnicy ciśnień p, awraz znią również siła Fm, grzyb zaworu przesuwany jest do momentu, gdy Fm=Fs. Dla zadanej powierzchni membrany A stała sprężyny nastawczej określa wielkość współczynnika wzmocnienia Kp oraz zakres proporcjonalności Xp. Urządzenia sąregulatorami proporcjonalnymi sterowanymi za pomocą medium.

15 REGULATORY DWUSTAWNE

16 REGULATORY DWUSTAWNE Regulacja dwustawna jest regulacją nieciągłą, w której wielkość sterująca przyjmuje tylko dwie wartości minimalną lub maksymalną, w zależności od tego czy sygnał uchybu jest dodatni czy ujemny. Minimalna wartość wielkości sterującej jest zwykle oznaczana jako umowne 0amaksymalna jako 1. Wartość 0 oznacza wyłączenie sygnału wyjściowego z regulatora a wartość 1 pełne włączenie sygnału wyjściowego. Przełączenie sygnału sterującego następuje po przejściu sygnału uchybu przez obszar nazywany strefą histerezy. Histereza pełni w tym przypadku pozytywną rolę zapobiegania zbyt częstemu działaniu mechanizmu załączającego regulatora (np. styki elektryczne) oraz zmniejsza częstotliwość załączania urządzeń wykonawczych.

17 Przykładowy przebieg wartości regulowanej w układzie z regulatorem dwustawnym Sygnał wyjściowy układu regulacji oscyluje pomiędzy dwoma granicami strefyhisterezy. Jakość regulacji dwustawnej ocenia się na podstawie amplitudy, częstotliwości oraz wartości średniej oscylacji. Jak wynika z rys. amplituda drgań wielkości regulowanej może być zmniejszona przez ograniczenie szerokości obszaru histerezy.spowoduje to jednak zwiększenie częstotliwości przełączeń regulatora oraz liczby zadziałań elementów wykonawczych, co może niekorzystnie wpłynąć na trwałość tych urządzeń. załącz c.o. H = 2K y(τ) 14 C 12 C Histereza H = 2K wyłącz c.o. 12 C 14 C Te 0 τ

18 Regulatory dwustawne Regulatory dwustawne są proste w budowie i działaniu oraz niedrogie. Najczęściej wykonywane są jako regulatory elektryczne sterujące napędami silnikowymi lub elektromagnetycznymi. Wklimatyzacji iciepłownictwie znalazły szerokie zastosowanie jako urządzenia zabezpieczające przed niedopuszczalnym spadkiem lub wzrostem temperatury (termostaty) oraz ciśnienia (presostaty). Służą także jako regulatory wilgotności (higrostaty) oraz regulatory poziomu cieczy.

19 TERMOSTATY Termostatem nazywamy urządzenie składające się zczujnika temperatury iregulatora. Wtermostatach najczęściej stosowane sączujniki rozszerzalnościowe: bimetalowe, prętowe lub membranowe.

20 TERMOSTATY Różne termostaty elektryczne: a -bimetalowy, b -prętowy, c membranowy.

21 TERMOSTATY Sprężyna bimetalowa to zwinięte razem dwa metalowe paski oróżnej rozszerzalnościcieplnej. Czujnik prętowy stanowią dwa powiązane ze sobą pręty. Jeden z materiału o dużej rozszerzalności cieplnej, drugi wykonany z inwaru, charakteryzujący się znikomą rozszerzalnością cieplną. Czujniki membranowe (ew. z kapilarą) wykorzystują zjawisko rozszerzalności cieczy (nafta) igazów (butan, fluorowęglowodór np.freon) oraz zjawisko adsorbcji.

22 Presostaty - presostat różnicy ciśnień Presostat różnicy ciśnień znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie muszą być sygnalizowane zmiany normalnych różnic ciśnienia (również nadciśnienia i podciśnienia), monitorowanie i sterowanie ciśnieniem różnicowym, monitorowanie przepływu, automatyczna kontrola stacji filtrów iawarii wentylatorów. Presostat z wyświetlaczem wartości zadanej

23 Przykłady zastosowania presostatów Zabezpieczenie kotłów Zabezpieczenie agregatów chłodniczych Zabezpieczenie wymienników płytowych przed oszronieniem Kontrola sprężu wentylatorów Kontrola stanu filtrów

24 Sposób montażu i nastawiania wartości zadanej presostatu

25 Presostat różnicy ciśnień - konstrukcje Inne konstrukcje sąstosowane dla powietrza igazów oraz inne dla cieczy. Element pomiarowy: Mieszki sprężyste lub membrana z gumy lub silikonu (w zależności od parametrów). Odkształcenie membrany powoduje zwarcie lub rozwarcie styku elektrycznego. Półprzewodnikowe oporniki na membranie wykrywają mechaniczne odkształcenie i generują wyjściowy sygnał elektryczny. Ułożenie kilku oporników na powierzchni membrany kompensuje wpływ temperatury. Ciśnienie przełączające jest nastawiane w zadanym zakresie (np mbar) poprzez pokrętło regulujące napięcie sprężyny.

26 Regulatory cyfrowe

27 Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera Aktualnie w automatyzacji urządzeń i instalacji technologicznych w inżynierii środowiska są powszechnie stosowane regulatory cyfrowe isterowniki. Regulatorami cyfrowymi nazywane są małe urządzenia mikroprocesorowe głównie realizujące funkcje regulacyjne jak np.: cyfrowy regulator temperatury, cyfrowy regulator przepływu itp. Bardziej rozbudowane urządzenia mikroprocesorowe z przewagą funkcji sterowania nazywane sąsterownikami.

28 Regulacja DDC Do istotnych zalet układów DDC należy możliwość: - realizacji dowolnie złożonych algorytmów sterowania, włącznie ze sterowaniem optymalnym iadaptacyjnym, -ciągłego pomiaru irejestracji wartości dowolnych parametrów procesu, - przetwarzania danych pomiarowych, - wykrywania isygnalizacji stanów awaryjnych, - zwiększenia dokładności sterowania na skutek dokładniejszej identyfikacji obiektu regulacji. Cyfrowe układy scalają regulację, sterowanie ioptymalizację.

29 Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera Podstawowa różnica pomiędzy regulatorami analogowymi icyfrowymi polega na tym, że w regulatorach analogowych sygnały analogowe ulegają ciągłej obróbce awregulatorach cyfrowych następuje zamiana sygnału analogowego na cyfrowy (binarny) następnie obróbka sygnału i ponowna zamiana na sygnał analogowy (rys.). Regulator cyfrowy y m A/D Mikrokomputer D/A w Ponadto sygnały wregulatorach cyfrowych sąpróbkowane co ustalony odstęp czasu (cykliczny charakter pracy). Obliczenia cyfrowe wykonywane sątylko dla dyskretnego czasu zamiast wsposób ciągły, potrzebny jest więc impulsator po stronie wejściowej i ekstrapolator po stronie wyjściowej.

30 Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego Zegar RAM chip EPROM chip CPU mikroprocesor Moduł wejścia szyna danych szyna adresów szyna sterowania Moduł wyjścia

31 Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego (mikrokomputera)

32 Budowa regulatora cyfrowego (sterownika) Mikroprocesor CPU (Central Processing Unit) jest elementem głównym mikrokomputera, który rozumie sformułowane w programie rozkazy i steruje składnikami systemu w nadawanym przez zegar takcie systemowym, wzaprogramowanej kolejności. Mikroprocesor komunikuje się zpamięcią, wktórej przechowywane są programypodstawowe, dane oraz programy użytkowe. W pamięci roboczej RAM (Random Access Memory) zapisywane są wyniki pośrednie. Mogą tam być zapamiętywane dane zmienne, jak wartości zadane, nastawy regulatora, harmonogramy czasowe. Dane te muszą pozostać w pamięci również po wyłączeniu napięcia sieciowego, dlatego ta część mikrokomputera posiada zasilanie bateryjne. W pamięci operacyjnej są zapisane programy wprowadzane przez producenta sterownika, projektanta systemu automatyki lub samego użytkownika. Wzależności od sposobu zapisu rozróżnia się następujące rodzaje pamięci stałej: typu EPROM, EEPROM iflash EPROM.

33 Budowa regulatora cyfrowego (sterownika) Interfejs (PORT) służy do wprowadzenia do regulatora informacji w postaci cyfrowej (binarnej), np. o położeniu łączników oraz wysyłaniu z regulatora cyfrowych sygnałów wyjściowych, np. do przekaźników i lampek kontrolnych. Wyjścia mogą być również podłączone do drukarek raportów roboczych, do nadrzędnego komputera lub do systemu BMS. Moduły wejściowe i wyjściowe sprzęgają sterownik z obiektem sterowania. Elementem modułów sąprzetworniki analogowo-cyfrowe A/C i C/A oraz bloki wejść i wyjść cyfrowych (interfejs). Przetworniki stosowane są w celu wprowadzenia do sterownika informacji o wielkości analogowej mierzonej na obiekcie np. temperaturze, ciśnieniu, wilgotności, napięciu, prądzie itp. Sygnały w postaci analogowej muszą być przetworzone na sygnał cyfrowy (binarny), gdyż tylko w takiej postaci sterownik może te informacjewykorzystać

34 Budowa regulatora cyfrowego (sterownika) Sterowanie urządzeniami wykonawczymi układu regulacji może być realizowane przy pomocysygnałów cyfrowych ianalogowych. Wszystkie sygnały wychodzące zmikrokomputera mają charakter binarny, dlatego wcelu wytworzenia sygnałów analogowych na wyjściu ze sterownika stosowane sąprzetworniki cyfrowo-analogowe C/A.

35 Dziękuję za uwagę!