Wykład nr 1 Podstawowe pojęcia automatyki Podstawowe definicje i określenia wykorzystywane w automatyce Omówienie podstawowych elementów w układzie automatycznej regulacji Omówienie podstawowych działów automatyki Klasyfikacja układów automatycznej regulacji
Układ regulacji temperatury
Uogólniony schemat blokowy systemu automatyki... PROCES TECHNOLOGICZNY (OBIEKT STEROWANY)... URZĄDZENIA POMIAROWE URZĄDZENIA ZADAJĄCE...... UKŁAD STERUJĄCY...... URZĄDZENIA WYKONAWCZO- NASTAWCZE URZĄDZENIA WSKAZUJĄCE I REJESTRUJĄCE URZĄDZENIA WEJŚCIOWE URZĄDZENIA WYJŚCIOWE
Schemat struktury sterowania i zarządzania URZĄDZENIA WYKONAWCZO- NASTAW CZE INSTALACJA TECHNOLOGICZNA (OBIEKT STEROWANY) URZĄDZENIA POMIAROW E OPERATORZY PROCESU NADZÓR I STEROWANIE PROTOKOŁY RUCHOWE PLANY PRODUKCJI KIEROWNICTWO I ADMINISTRACJA PLANOWANIE I ZARZĄDZANIE ZLECENIA I ZAMÓWIENIA FAKTURY I PODZLECENIA SPRAWOZDANIA I BILANSE AKTA KADROWE I LISTA PŁAC
System sterowania hierarchiczny i rozproszony GŁÓWNA MAGISTRALA DYREKTOR Komputer do zarządzania zakładem Planowanie długoterminowe (powyŝej tygodnia) INśYNIER Komputer do zarządzania operatywnego Planowanie krótkoterminowe (zmiana produkcyjna - doba) S Y S T E M S T E R O W A N I A OPERATOR Komputer do sterowania nadrzędnego (ang. supervisory control), wizualizacja i optymalizacja, sterowanie adaptacyjne itd. Komputery do sterowania bezpośredniego (ang. direct control), sterowanie binarne, układy regulacji i kompensacji. Komputery do zbierania i przetwarzania zmiennych procesowych i koncentratory danych (ang. remote I/O slave units) Czujniki i przetworniki pomiarowe (ang. sensors and transducers) PROCES PRZEMYSŁOWY Z M I E N N Y M I P R O C E S O W Y M I Elementy wykonawcze (ang. actuators) SYSTEM HIERARCHICZNY I ROZPROSZONY
Uogólniony schemat układu automatycznej regulacji y 0 (t) - sygnał zadany (wejściowy), określany jako tzw. zadanie sterowania, u(t) - sygnał sterujący, zwany sygnałem nastawiającym y(t) - sygnał wyjściowy, zwany takŝe sygnałem regulowanym, Urządzenie wykonawczo-nastawcze URZĄDZENIE ZADAJĄCE (ZADAJNIK) + - URZĄDZENIE REGULUJĄCE (REGULATOR) URZĄDZENIE WYKONAWCZE URZĄDZENIE NASTAWCZE OBIEKT ε(t) - sygnał uchybu regulacji (w idealnym regulatorze uchyb powinien przyjmować wartość 0) PRZETWORNIK POMIAROWY CZUJNIK POMIAROWY Urządzenie pomiarowe SprzęŜenie zwrotne (feedback loop)
Układ sterowania o strukturze otwartej z( t) SYGNAŁ ZAKŁÓCAJĄCY y0 ( t) SYGNAŁ WEJŚCIOWY (ZADANY) UKŁAD STERUJĄCY u( t) SYGNAŁ STERUJĄCY (AKCJA STERUJĄCA) INSTALACJA TECHNOLOGICZNA (OBIEKT STEROWANY) y( t) SYGNAŁ WYJŚCIOWY (SYGNAŁ STEROWANY) Cechy Sygnał wyjściowy y(t) nie ma wpływu na akcję sterującą u(t) Brak pomiaru wartości sygnału wyjściowego y(t) dla porównania z wartością zadaną y 0 (t) Wymagają starannej kalibracji przy zmieniających się warunkach pracy Mała odporność na zakłócenia zewnętrzne i wewnętrzne Zwykle sygnał zadany stanowi program oparty o podstawę czasu Przykłady układów otwartych Sterowanie dawkowaniem insuliny Sterowanie prędkością obrotową napędu elektrycznego
Układ sterowania o strukturze zamkniętej z( t) SYGNAŁ ZAKŁÓCAJĄCY y0 ( t) SYGNAŁ WEJŚCIOWY (ZADANY) + - ε( t) e( t) UKŁAD STERUJĄCY SYGNAŁ BŁĘDU UCHYB REGULACJI u( t) SYGNAŁ STERUJĄCY (AKCJA STERUJĄCA) INSTALACJA TECHNOLOGICZNA (OBIEKT STEROWANY) y( t) SYGNAŁ WYJŚCIOWY (SYGNAŁ STEROWANY) Cechy UJEMNE SPRZĘśENIE ZWROTNE Sygnał wyjściowy y(t) powoduje bezpośredni efekt w akcji sterującej u(t) konieczność prowadzenia sprzęŝ ęŝenia zwrotnego Zaktualizowany sygnał błę łędu regulacji e(t) jest doprowadzany do regulatora, który redukuje wartość błę łędu, doprowadzając sygnał wyjściowy do Ŝądanej wartości y 0 (t) Pomiar wartości sygnału wyjściowego y(t) dla porównania z wartością zadaną y 0 (t) Stosunkowo duŝa odporność na zakłócenia zewnętrzne i wewnętrzne oraz zmiany w dynamice obiektu sterowania Przykłady układów rzeczywistych Sterowanie dawkowaniem insuliny Sterowanie prędkością obrotową napędu elektrycznego
Otwarty układ sterowania dawkowaniem insuliny SPOśYCIE POZIOM GLUKOZY WE KRWI INSULINA ŚNIADANIE OBIAD KOLACJA z( t) CZAS POSIŁKI PROGRAMOWALNY GENERATOR SYGNAŁÓW u( t) [ V] NAPIĘCIE ZASILANIA SILNIKA POMPY SILNIK + POMPA + ZAWÓR i( t) DAWKA INSULINY
Otwarty układ sterowania prędkością obrotową ZASILANIE PRĘDKOŚĆ OBROTOWA OBCIĄśENIE MASA WIRUJĄCA ZADAWANIE PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ WZMACNIACZ PRĄDU STAŁEGO SILNIK PRĄDU STAŁEGO WARTOŚĆ ZADANA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ (NAPIĘCIE) REGULATOR WZMACNIACZ PRĄDU STAŁEGO U.W.N. SILNIK PRĄDU STAŁEGO OBIEKT OBCIĄśENIE MASA WIRUJĄCA BIEśĄCA PRĘDKOŚĆ OBROTOWA
Zamknięty układ sterowania dawkowaniem insuliny SPOśYCIE POZIOM GLUKOZY WE KRWI INSULINA ŚNIADANIE OBIAD KOLACJA z( t) CZAS POSIŁKI WZMACNIACZ u( t) [ V] NAPIĘCIE ZASILANIA SILNIKA POMPY SILNIK + POMPA + ZAWÓR i( t) DAWKA INSULINY CIAŁO LUDZKIE, KREW, NACZYNIA KRWIONOŚNE BIEśĄCY POZIOM GLUKOZY _ POMIERZONY POZIOM GLUKOZY + ZADANY POZIOM GLUKOZY CZUJNIK
Zamknięty układ sterowania prędkością obrotową PRĘDKOŚĆ OBROTOWA ZASILANIE OBCIĄśENIE MASA WIRUJĄCA ZADAWANIE PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ WZM ACNIACZ PRĄDU STAŁEGO SILNIK PRĄDU STAŁEGO PRĄDNICA TACHOMETRYCZNA WARTOŚĆ ZADANA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ (NAPIĘCIE) BŁĄD REGULATOR WZMACNIACZ PRĄDU STAŁEGO U.W.N. SILNIK PRĄDU STAŁEGO OBIEKT OBCIĄśENIE MASA WIRUJĄCA BIEśĄCA PRĘDKOŚĆ OBROTOWA POMIERZONA PRĘDKOŚĆ OBROTOWA (NAPIĘCIE) U.P. PRĄDNICA
Układ ciągłej regulacji poziomu w zbiorniku Konieczność zastosowania : droŝszych urządzeń pomiarowych, zapewniających generowanie sygnału analogowego (w tym przypadku analogowy pomiar poziomu) droŝszych urządzeń wykonawczo-nastawczych (w tym przypadku pompa o regulowanej wydajności)
Układ dyskretnej regulacji poziomu w zbiorniku Konieczność zastosowania : wyłą łączników ciśnieniowych (tzw. hydrostatów), zapewniających utrzymanie poziomu cieczy w zbiorniku w przedziale określonym przez miejsca zamontowania pompy o stałej wydajności sterowanej w najprostszy sposób, tzn. metodą włą łączwyłą łącz
Wielowymiarowy układ regulacji STRUMIEŃ WODY STRUMIEŃ PALIWA STRUMIEŃ POWIETRZA ZAWÓR ZAWÓR ZAWÓR KOCIOŁ PAROWY TURBINA WAŁ GENERATOR REGULATOR PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ BIEśĄCA WARTOŚĆ NAPIĘCIA I NATĘśENIA PRĄDU POMIAR POZIOMU TLENU POMIAR TEMPERATURY POMIAR CIŚNIENIA KOMPUTER (REGULATOR) WARTOŚĆ ZADANA : - TEMPERATURY - CIŚNIENIA - POZIOMU 0 2 - NAPIĘCIA I PRĄDU GENEROWANEGO
Struktura sterowania dla kontroli i sygnalizacji WEKTOR SYGNAŁÓW ZAKŁÓCAJĄCYCH WEKTOR SYGNAŁÓW WEJŚCIOWYCH U(t) Z(t) INSTALACJA TECHNOLOGICZNA (OBIEKT STEROWANY) WEKTOR SYGNAŁÓW WYJŚCIOWYCH Y(t) OBIEKT URZĄDZENIA REJESTRUJĄCE STANY WEJŚĆ I WYJŚĆ : - CZUJNIKI POMIAROWE - REJESTRATORY (W TYM KOMPUTERY) -URZĄDZENIA POMIAROWE URZĄDZENIA WIZUALIZACJI STANU WEJŚĆ I WYJŚĆ : - WSKAŹNIKI - WYŚWIETLACZE - ELEMENTY I TABLICE ŚWIETLNE - MONITORY KOMPUTER WARSTWY DDC OPERATOR OPERATOR
Zabezpieczenie automatyczne i blokada automatyczna