INTELIGENTNE ELEMENTY WYKONAWCZE AUTOMATYKI



Podobne dokumenty
USTAWNIK TOLERUJĄCY USZKODZENIA TORU SPRZĘśENIA ZWROTNEGO

Urządzenia nastawcze

Pneumatyczne, elektryczne i elektrohydrauliczne siłowniki do zaworów regulacyjnych i klap

Więcej niż automatyka More than Automation

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Aktory

Podstawy Automatyki. Wykład 6 - Miejsce i rola regulatora w układzie regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki


Ćwiczenie 1. Badanie aktuatora elektrohydraulicznego. Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów Przemysłowych - laboratorium. Instrukcja laboratoryjna

INSTRUKCJA Regulacja PID, badanie stabilności układów automatyki

P O L I T E C H N I K A Ł Ó D Z K A INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI ZAKŁAD ELEKTROWNI LABORATORIUM POMIARÓW I AUTOMATYKI W ELEKTROWNIACH

Przetworniki ciśnienia do zastosowań ogólnych typu MBS 1700 i MBS 1750

Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Robotyki. Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny PODSTAWY AUTOMATYKI

Wykład nr 1 Podstawowe pojęcia automatyki

Przetworniki ciśnienia do zastosowań ogólnych typu MBS 1700 i MBS 1750

Inteligentne urządzenia pomiarowe i wykonawcze

Zawory serii V2001 zawór trójdrogowy typu 3323 z siłownikiem pneumatycznym lub elektrycznym

Sterowanie układem zawieszenia magnetycznego

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - obiekty regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Automatyka i sterowania

Zawory serii GS. Właściwości zaworów serii GS

Zestawy pompowe PRZEZNACZENIE ZASTOSOWANIE OBSZAR UŻYTKOWANIA KONCEPCJA BUDOWY ZALETY

Schemat funkcjonalny układu automatycznej regulacji

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

Siłownik liniowy z serwonapędem

Nowy Elektroniczny Regulator Proporcjonalny PNEUMAX

Ustawnik pozycyjny. Instrukcja obsługi.

Przetworniki i czujniki ciśnienia z wyjściem dwustanowym otwarty-kolektor typu MEP

zawór pozycyjny ze zintegrowanym ustawnikiem pozycyjnym DN15 do DN100 Seria 8044

ZAKŁAD PRODUKCJI URZĄDZEŃ AUTOMATYKI

Przedstawiciel w Polsce: ARCAPRO Ustawnik pozycyjny

Automatyka i Regulacja Automatyczna Laboratorium Zagadnienia Seria II

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

Przetworniki ciśnienia do zastosowań przemysłowych MBS 4500

AEL5 Siłowniki elektryczne liniowe, dla zaworów regulacyjnych DN15 DN100

AMV 10, AMV 20, AMV 30 AMV 13, AMV 23, AMV

Podstawy Automatyki. Wykład 9 - Dobór regulatorów. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Bramy segmentowe bez sprężyn

9.Tylko jedna odpowiedź jest poprawna. 10. Wybierz właściwą odpowiedź i zamaluj kratkę z odpowiadającą jej literą np., gdy wybrałeś odpowiedź A :

Przetworniki ciśnienia do zastosowań przemysłowych Typu MBS 4500

Oferta Firmy

Przetworniki ciśnienia do wymagających zastosowań przemysłowych, typu MBS 1200 i MBS 1250

RAVAV. Urządzenia. Regulator przepływu VAV. Wymiary. Opis. Schemat działania

6.4 WZMACNIACZE ASTOR GE INTELLIGENT PLATFORMS - SERWONAPĘDY VERSAMOTION

Pozycjoner elektropneumatyczny A230-PRE

Technote. Siłowniki dla zaworów Frese OPTIMA Compact DN10-DN32. Zastosowanie. Cechy siłownika elektrotermicznego. Cechy siłownika elektromechanicznego

PODSTAWY AUTOMATYKI IV. URZĄDZENIA GRZEJNE W UKŁADACH AUTOMATYCZNEJ REGULACJI

Serwozawory 3/3 sterowane bezpośrednio przeznaczone do sterowania przepływem (LRWD2), ciśnieniem (LRPD2) i pozycją (LRXD2)

Sterowanie napędów maszyn i robotów

Oferta Firmy 2013

SIŁOWNIKI ELEKTRYCZNE REMATIC

Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Robotyki. Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny PODSTAWY AUTOMATYKI

Regulator przepływu RAVAV

Zasady doboru układów automatycznej regulacji w węzłach cieplnych

Strefy pracy siłowników elektrycznych w wersji przeciwwybuchowej ISOMACT, UNIMACT i MODAKT

V5004T Zawór równoważąco-regulacyjny Kombi-QM

REGULATOR ZMIENNEGO PRZEPŁYWU VSR-R

09 - Dobór siłownika i zaworu. - Opór przepływu w przewodzie - Dobór rozmiaru zaworu - Dobór rozmiaru siłownika

Sterowanie napędów maszyn i robotów

Przetwornik ciśnienia JUMO dtrans p30 Typ

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 3 Dobór silnika skokowego do pracy w obszarze rozruchowym

Automatyzacja. Ćwiczenie 9. Transformata Laplace a sygnałów w układach automatycznej regulacji

Laboratorium Elektroniki w Budowie Maszyn

Wprowadzenie. - Napęd pneumatyczny. - Sterowanie pneumatyczne

OŚRODEK BADAWCZO-ROZWOJOWY ELEMENTÓW I UKŁADÓW PNEUMATYKI Sp. z o.o.

Napęd ze sterowaniem zewnętrznym Napęd ze sterowaniem zintegrowanym (na ilustracji: obsługa Totmann)

Napęd elektromotoryczny Dane techniczne

Przetwornik temperatury RT-01

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - Jakość układu regulacji. Dobór nastaw regulatorów PID. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Termostaty pomieszczeniowe

Siłowniki sterowane sygnałem analogowym AME 25 SD sprężyna w dół AME 25 SU sprężyna do góry

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Regulator napięcia transformatora

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Podstawy Automatyki laboratorium

Karta katalogowa Strona 1 / 5

Termostaty pomieszczeniowe do 2-rurowych klimakonwektorów wentylatorowych

SILNIK INDUKCYJNY STEROWANY Z WEKTOROWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

Zawór kulowy z wykładziną z PTFE typu BR 20a

Zasady działania układu regulacyjnego PPU

DTR.SP-02 APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA

-V- Nowość. Pozycjonery CMSX Główne cechy. 2 Internet:

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

QBE2004-P.. QBE2104-P.. Czujniki ciśnienia. do czynników chłodniczych włącznie z amoniakiem

Prowadzący(a) Grupa Zespół data ćwiczenia Lp. Nazwisko i imię Ocena LABORATORIUM 4. PODSTAW 5. AUTOMATYKI

Zmiana punktu pracy wentylatorów dużej mocy z regulowaną prędkością obrotową w obiektach wytwarzających energię cieplną lub elektryczną

Instrukcja montażu Elektroniczny czujnik ciśnienia dla aplikacji przemysłowych. PT354x/PT954x

Pytania egzaminacyjne dla Kierunku Elektrotechnika. studia II stopnia stacjonarne i niestacjonarne

Siłowniki elektryczne do zaworów o skoku 5,5 mm

Siłowniki sterowane sygnałem analogowym AME 55, AME 56

LOXIMIDE Sp. z o.o., ul. Krakowska 22B, Rawa Mazowiecka, Polska, tel , fax: , office@loximide.com.

Zawory pilotowe Danfoss

Przepustnice z siłownikiem elektrycznym

Przetworniki ciśnienia z funkcją pomiaru temperatury typu MBS 1300 i MBS 1350

LSPY-21 LISTWOWY MODUŁ WYJŚĆ ANALOGOWYCH DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA. Wrocław, październik 2003 r.

Siłowniki liniowe.

do neutralnych i lekko agresywnych czynników ciekłych i gazowych

Typ Napięcie zasilające Nr kat. AME G3005 AME G3015 AME V 082G3017. Typ Napięcie zasilające Nr kat. AME G3006 AME 23

Transkrypt:

INTELIGENTNE ELEMENTY WYKONAWCZE AUTOMATYKI Michał Bartyś Wprowadzenie Element wykonawczy Problemy Opis zjawisk fizycznych Przykłady konstrukcji Elementy elektro-pneumatyczne Elementy elektryczne Diagnostyka bieŝąca Symulacja układów wykonawczych Uwagi końcowe SYSTEMY MECHATRONICZNE Politechnika Warszawska Wydział Mechatroniki Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki

Sztuczna inteligencja? Podstawowe wątpliwości Inteligencja naturalna - zdolność do samodzielnego (twórczego) formułowania i rozwiązywania problemów Inteligencja sztuczna - zdolność komunikacji ze światem zewnętrznym - zdolność wnioskowania - zdolność adaptacji do zmieniających się warunków

Punkt wyjścia Skala problemu Liczba elementów wykonawczych: Polfa Tarchomin: ok. 50 Browar Warka : ok. 100 Cukrownia Glinojeck: ok. 200 Elektrociepłownia Katowice SA: ok. 250 Elektrownia Kozienice SA: ok. 700 ORLEN SA Płock: ok. 20 000 BASF - Ludwigshafen: ok. 50 000 Politechnika Warszawska, Instytut Automatyki i Robotyki Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki

Element wykonawczy Schemat blokowy Miejsce elementu wykonawczego w układzie automatyki SP e Regulator CV Element wykonawczy F Obiekt L PV Przetwornik pomiarowy

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 Politechnika Warszawska, Instytut Automatyki i Robotyki Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki

Element wykonawczy Uszczegółowiony schemat blokowy P 2 Element wykonawczy CV I P s X F Opary SP PV e PI CV XV P I E/P K f P s Siłownik Zawór X Obiekt L Przecieki Przetwornik pomiarowy P 1

Przykład elementu wykonawczego (Zespół: siłownik + zawór regulacyjny + ustawnik pozycyjny) Actuator structure CV Ustawnik F p s X x P1 P2 V1 V V3 F V2 Miejsce elementu w instalacji technologicznej

Przykład zastosowania Przemysł spoŝywczy Układ regulacji poziomu soku rzadkiego w stacji wyparnej Politechnika Warszawska, Instytut Automatyki i Robotyki Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki

ZagroŜenia techniczne Przykład zagroŝenia technicznego PV in [%] 110 100 90 80 70 60 50 Poziom soku w Juice wyparce level in PV evaporator (stan uszkodzenia (snap-shot from faulty elementu state) wykonawczego) Manual control test Dangerous situation Niebezpieczeństwo zanieczyszczenia instalacji wyparnej Cukrownia Lublin SA Uszkodzenie elementu wykonawczego Pozostaje tylko 30s na usunięcia awarii! 40 30 20 Niebezpieczeństwo przegrzania wyparki 0 1000 2000 3000 4000 Time Czas [s] [s] Politechnika Warszawska, Instytut Automatyki i Robotyki Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki

Uszkodzenie elementu wykonawczego Ilustracja uszkodzenia elementu wykonawczego 62 58 54 50 Juice level in evaporator PV and CV values Poziom soku w wyparce PV i wartość sygnału sterowania elementu wykonawczego CV Wpływ niektórych uszkodzeń moŝe być kompensowany przez układ regulacji automatycznej 46 42 38 PV CV 34 30 0 500 1000 1500 2000 2500 Czas [s] Time [s] PV CV Politechnika

Charakterystyki przepływowe zaworów Charakterystyki przepływowe zaworów są zaleŝne od geometrii zaworów Spotykane są najczęściej charakterystyki: 1. Szybko-otwierająca - w której w stanach bliskich pełnego otwarcia występuje niewielka zmiana Kv 2, Liniowa - realizująca liniową zaleŝność strumienia od przemieszczenia grzyba zaworu 3. Stałoprocentowa - w której te same zmiany względnego otwarcia zaworu wywołują takie same względne zmiany strumienia przepływu Doświadczalna metoda wyznaczania wartości współczynnika Kv zaworu 100 80 Szybkootwierająca [ 3 / h] P = kpa Kv = Q m 100 Wartość liczbowa Kv jest równa wartości strumienia objętości płynu przepływającego przez zawór w [m 3 /h] przy spadku ciśnienia na zaworze równym 100kPa Kv[%] 60 40 20 0 Liniowa Stałoprocentowa 0 20 40 60 80 100 Otwarcie zaworu X[%]

Zjawiska: wrzenia i kawitacji Ciśnienie vena contracta strumień p 1 p 2 ciśnienie vena contracta p 1 p 2 (kawitacja) p v p vc p 2 (wrzenie) odległość Ilustracja efektu vena contracta

Problem - tarcie w urządzeniu wykonawczym Wyniki badań laboratoryjnych Relative piston displacement in [%] 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Przemieszczenie tłoczyska w [%] Nominal stroke 38,1 mm. Valve diameter DN80. Skok nominalny 38,1 mm. Zawór DN80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Supply Ciśnienie pressure zasilania in w [kpa] histereza 10 % Przykładowa charakterystyka statyczna membranowego siłownika pneumatycznego

Kompensacja efektu histerezy tarciowej Wyniki badań eksperymentalnych Relative piston rod displacement in [%] 120 100 80 60 40 20 0 Przemieszczenie względne tłoczyska w [%] 0 7,5 17,5 27,5 37,5 47,5 57,5 67,5 77,5 87,5 97,5 Histereza jest mniejsza niŝ 0.5% Liniowość jest lepsza niŝ 0.8 % Sygnał Control wartości s igna l zadanej in [%] w [%] Charakterystyka statyczna zespołu: siłownik pneumatyczny i ustawnik pozycyjny

Klasyfikacja elementów wykonawczych (Grupy klasyfikacyjne) Elementy wykonawcze pneumatyczne elektropneumatyczne z napędem elektrycznym Ustawniki pozycyjne z wejściem analogowym z wejściem cyfrowym hybrydowe Ustawniki pozycyjne klasyczne inteligentne

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]

Siłownik pneumatyczny (eksperyment) Zespół przetwornika elektro-pneumatycznego i siłownika 120 100 80 Ekstrapolacja wybiegu tłoczyska siłownika Wyniki eksperymentalne (bez zaworu regulacyjnego) (siłownik typu 37, zakres nominalny ruchu 38,1 mm) Wejście: I - prąd przetwornika E/P Wyjście: X - przemieszczenie tłoczyska X [%] 60 40 Ograniczniki ruchu 20 0 Efekt wstępnego napięcia spręŝyny siłownika 0 10 20 30 40 czas[s ] Odpowiedź na wymuszenie skokowe Ruch tłoczyska odbywa się w kierunku zamknięcia hipotetycznego zaworu

Siłownik pneumatyczny (eksperyment) Zespół przetwornika elektro-pneumatycznego i siłownika 100 50 Wyniki eksperymentalne (bez zaworu regulacyjnego) (siłownik typu 37, zakres nominalny ruchu 38,1 mm) Wejście: I - prąd przetwornika E/P Wyjście: X - przemieszczenie tłoczyska X [%] 0 Ekstrapolacja przemieszczenia tłoczyska siłow nika -50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 czas[s] Wyraźna asymetria odpowiedzi na symetryczne wymuszenia skokowe

Podstawowe elementy ustawnika 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:- 40..+85 C Politechnika Warszawska, Instytut Automatyki i Robotyki Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki

Pozycjoner Przykład konstrukcyjnego schematu blokowego pozycjonera z interfejsem HART 1 Indukcyjny przetwornik przemieszczenia trzpienia grzyba zaworu 2 Jednostka mikroprocesorowa realizująca zadania regulacyjne 3 Zawór sterujący 4 Zawór sterujący 5 Jednostka mikroprocesorowa realizująca zadania komunikacyjne 6 Zawór redukcyjny ciśnienia 7 Zasilanie pneumatyczne 8 Wejście sygnału sterującego HART

Pozycjoner Przykład konstrukcyjnego schematu blokowego pozycjonera z interfejsem HART Wejście HART lub 4.. 20 ma A D µc D A FSK µc Wymuszone odpowietrzenie & PWM Odpowietrzanie Napowietrzanie Zasilanie pneumatyczne 140..600kPa

Pozycjoner Przykład algorytmu sterowania ciśnieniem metodą PWM Zalety: - niska cena - prosta konstrukcja - proste sterowanie - niskie zuŝycie własne powietrza Y[%]= t * 100% T Typ modulacji: PWM t max Okres modulacji = 35ms t 50 Wady: - ograniczona trwałość - hałas - niska dynamika Zakres proporcjonalny e t min T=35 ms t [s]

Ustawnik pozycyjny Struktura ustawnika A-785 GAIN SP=100% SP Manual control -1000,0.. 1000,0% Controller E/P Transducer Actuator 4.. 20 ma 0.. 100% Normalisation & correction SP LOW SP HIGH CORR. 1 CHECK 1 0.. 100,0s II order lag filter FILTER sp REVERS -1000,0.. 1000,0% Gain GAIN SP u OFFSET + + y - e -10000.. 10000% PID GAIN KP Ti Td DEAD HISTH v k = 100 BOOSTER MAN PWM 2 1 3 4 MANUAL 0... 1500 ua G (s) 1 Cur LO Cur MI Cur HI G (s) 2 y m (100%-sp) Revers mode -1000,0.. 1000,0% Biass ALAR HI ALAR LO 0.. Cur HI Manual PWM E/P control 0.. Cur HI Manual E/P control -1000,0.. 1000,0% ALARMS Potentiometr -1000,0.. 1000,0% Gain GAIN PV 0.. 100% Normalisation & correction PV LOW PV HIGH A U T O CORR. 2 CHECK 2 y m

Przykład rozwiązania przetwornika elektropneumatycznego WYMAGANIA p z p z 1 W stanie ustalonym w obu komorach siłownika musi być utrzymywane ciśnienie równe co najmniej połowie ciśnienia zasilania 2 Dokładność pozycjonowania 0,1% 3 Powtarzalność pozycjonowania 0,1% 4 Zakres ciśnień pracy 140..1000kPa 5 Zakres temperatur pracy -40..+85 C 6 Maksymalna elektryczna moc sterowania zaworów: 1 mw 7 Brak efektu typu stick-slip, aperiodyczny przebieg przejściowy 8 Niskie zuŝycie własne powietrza (20Nl/h) 9 Bardzo wysoka trwałość (min. 10 7 cykli) 10 Konkurencyjna cena Politechnika

Elektromechaniczny element wykonawczy definicje Siłownik elektryczny jest elementem wykonawczym w układzie sterowania przetwarzającym energię elektryczną na mechaniczną (siła, moment obrotowy). Sygnałem wejściowym jest sygnał wartości sterującej CV Sygnałem wyjściowym jest sygnał nastawiający Typowym sygnałem wejściowym jest sygnał 4..20mA Typowym sygnałem wyjściowym jest sygnał siły lub momentu

Elektromechaniczny element wykonawczy Osprzęt Nadajnik połoŝenia urządzenie odwzorowujące połoŝenie elementu wyjściowego w sposób ciągły za pomocą sygnałów elektrycznych, które mogą być wykorzystywane w układach regulacji automatycznej. Wskaźnik połoŝenia urządzenie słuŝące do wzrokowego określenie połoŝenia wyjściowego elementu nastawczego. Wyłącznik połoŝenia pośredni - wyłącznik przeznaczony do sygnalizacji lub wysyłania sygnałów do sterowania urządzeniami współpracującymi, w momencie osiągnięcia przez element wyjściowy nastawionego połoŝenia pośredniego między połoŝeniami nastawionymi wyłącznikami połoŝenia krańcowego. Wyłącznik połoŝeniowy krańcowy wyłącznik zamykający lub otwierający obwód elektryczny siłownika po osiągnięciu nastawionego połoŝenia

Elektromechaniczny element wykonawczy Urządzenia dodatkowe Luzownik (hamulec) urządzenie, które po zasileniu napięciem, odblokowuje ruch wirnika silnika napędowego, a przy zaniku napięcia zasilającego blokuje ruch wirnika silnika napędowego. Luzownik ogranicza drogę wybiegu elementu wyjściowego oraz utrzymuje go w połoŝeniu, w którym znajdował się w chwili zaniku napięcia zasilającego. Zespół napędu ręcznego urządzenie połączone z przekładnią redukcyjną, umoŝliwiające ręczne przesunięcie elementu wyjściowego Układ przeciąŝeniowy urządzenie nastawne umoŝliwiające ograniczenie siły wyjściowej lub momentu wyjściowego zabezpieczające przed skutkami przeciąŝenia

Elektromechaniczny element wykonawczy Definicje Siłownik regulacyjny siłownik przeznaczony do pracy w zamkniętych układach regulacji automatycznej Siłownik sterowniczy siłownik przeznaczony do pracy w otwartych układach regulacji automatycznej Siłownik stałoprędkościowy siłownik, którego element wyjściowy porusza się w określonym kierunku ze stałą prędkością Siłownik zmiennoprędkościowy (siłownik ze sterowana prędkością) siłownik, którego element wyjściowy porusza się w określonym kierunku z prędkością zaleŝną od wartości sygnału sterującego.

Elektromechaniczny element wykonawczy siłownik elektryczny Klasyfikacja liniowe wahliwe obrotowe

Elektromechaniczny element wykonawczy siłownik liniowy Siłownik, którego element wyjściowy wykonuje ruch posuwisto-zwrotny Napęd zaworów grzybowych, szklankowych, zasuw itp.

Elektromechaniczny element wykonawczy siłownik wahliwy Siłownik, którego element wyjściowy wykonuje ruch obrotowy o zakresie nie przekraczającym kąta pełnego Napęd zaworów kulowych, zasuw i klap regulacyjnych

Elektromechaniczny element wykonawczy siłownik obrotowy Siłownik, którego element wyjściowy wykonuje ruch obrotowy na drodze kątowej o zakresie przekraczającym kąt pełny

Elektromechaniczny element wykonawczy siłownik liniowy - przykładowy zestaw parametrów technicznych Zasilanie Siła nominalna Prędkość Skok Stopień ochrony Pozycja pracy Rodzaj pracy Masa 24 V lub 220 V; f=50...60 Hz 600 N 0,2 mm/s 20 lub 25 mm IP54 Dowolna S2 15 min lub S4 25% 320 c/h ~3 kg

Elektromechaniczny element wykonawczy siłownik liniowy - przykładowy zestaw parametrów technicznych Zasilanie Siła nominalna Prędkość Skok Stopień ochrony Pozycja pracy Rodzaj pracy Temperatura pracy Masa 220/380 V; f=50...60 Hz 6,3...40 kn 25... 160 mm/min 25... 160 mm IP54 Dowolna S2 15 min lub S4 25% 1200 c/h -25C...+70C ~30 kg

Elektromechaniczny element wykonawczy siłownik obrotowy - przykładowy zestaw parametrów technicznych Zasilanie Moment nominalny Prędkość kątowa Stopień ochrony Pozycja pracy Rodzaj pracy Temperatura pracy Masa 220/380 V; f=50...60 Hz 150 Nm 10 lub 25 mm/min IP54 Dowolna S2 15 min lub S4 25% 630 c/h -25C...+55C ~25 kg

Diagnostyka w elementach wykonawczych Główne zadania i oczekiwane efekty Detekcja uszkodzeń Lokalizacja uszkodzeń Sygnalizacja diagnoz Redukcja strat w stanach z uszkodzeniami Uniknięcie stanów awaryjnych Obsługa serwisowa na podstawie stanu urządzenia Znaczna redukcja kosztów serwisu MoŜliwość diagnozowania urządzeń zabudowanych w miejscach trudno dostępnych

Zbiór uszkodzeń Uszkodzenia zaworu + uszkodzenia siłownika Uszkodzenia zaworu f 1 - zablokowanie zaworu przez ciało obce f 2 - zmiana charakterystyki przepływowej w wyniku zjawiska sedymentacji f 3 - zuŝycie erozyjne zaworu f 4 - wzrost sił tarcia w dławicy lub w gnieździe f 5 - przeciek zewnętrzny medium f 6 - przeciek wewnętrzny medium f 7 - wystąpienie zjawiska kawitacji Uszkodzenia siłownika f 8 - skrzywienie tłoczyska siłownika f 9 - nieszczelność komory siłownika lub przyłączy pneumatycznych f 10 - przebicie membrany siłownika f 11 - uszkodzenie spręŝyny

Zbiór uszkodzeń Uszkodzenia ustawnika + uszkodzenia zewnętrzne Uszkodzenia ustawnika f 12 - uszkodzenie przetwornika e/p f 13 - uszkodzenie toru pomiarowego połoŝenia X f 14 - uszkodzenie czujnika ciśnienia P f 15 - uszkodzenie mechanicznego toru sprzęŝenia zwrotnego Uszkodzenia zewnętrzne f 16 - spadek ciśnienia zasilania pozycjonera f 17 - spadek lub wzrost ciśnienia przed lub za zaworem f 18 - otwarty lub nieszczelny tor obejścia zaworu f 19 - uszkodzenie toru pomiarowego przepływu F.

Diagnostyka bieŝąca Wizualizacja uszkodzeń

Siłownik pneumatyczny Przydatność diagnostyczna charakterystyki statycznej układu otwartego 120 x [%] 100 80 F vc =const F f =const 60 40 20 p = 2 F A e f x = 2 F k s f x = p A k e s 0 p [kpa] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120

Siłownik pneumatyczny Przydatność diagnostyczna charakterystyki statycznej układu otwartego 120 x [%] 100 80 F vc =const F f =const 60 uszkodzenie f 4 40 20 p = 2 F A e f x = 2 F k s f 0 p [kpa] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 Efekt wzrostu siły tarcia p = 2 F A e f

Siłownik pneumatyczny Przydatność diagnostyczna charakterystyki statycznej układu otwartego 120 x [%] 100 80 F vc =const F f =const 60 uszkodzenie f 11 40 20 p = 2 F A e f x = 2 F k s f 0 p [kpa] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 Zmniejszenie sztywności spręŝyny siłownika (np: korozja spręŝyny) x = p A k e s

Siłownik pneumatyczny Przydatność diagnostyczna charakterystyki statycznej układu otwartego 120 x [%] 100 80 60 F vc =const F f =const p = 0 uszkodzenie f 16 40 20 p = 2 F A e f x = 2 F k s f 0 p [kpa] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 Spadek ciśnienia zasilania p = 0

Siłownik pneumatyczny Przydatność diagnostyczna charakterystyki statycznej układu otwartego 120 x [%] 100 80 60 F vc =const F f =const x = 0 Uszkodzenie f 1 40 20 p = 2 F A e f x = 2 F k s f 0 p [kpa] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 Zablokowanie zaworu x = 0

Problem detekcji nieszczelności zaworu Diagnostyka wbudowana Detektor akustyczny nieszczelności zaworu

Problem szczelności pakietu uszczelnień Diagnostyka wbudowana Sygnalizator graniczny ciśnienia Proste, niezawodne rozwiązanie problemu detekcji nieszczelności pakietu uszczelnień

Problem diagnostyki bieŝącej Diagnostyka wbudowana Czujnik ciśnienia p x Kontrola wiarygodności sygnału ciśnienia w komorze siłownika

Uszkodzenie toru sprzęŝenia zwrotnego Badania symulacyjne uszkodzenia toru sprzęŝenia zwrotnego w ustawniku Symulacja układu regulacji automatycznej w stanie z uszkodzeniem toru sprzęŝenia zwrotnego ustawnika pozycyjnego. Zerowy sygnał sprzęŝenia zwrotnego został zastąpiony sygnałem o wartości 100% po czasie 250s. Układ regulacji działa niepoprawnie. Warunkiem koniecznym kompensacji uszkodzenia toru sprzęŝenia zwrotnego ustawnika jest zachowanie relacji PVp<CV

Problem tolerancji uszkodzenia toru sprzęŝenia zwrotnego p1 x p1 x~ sp p1 p2 u Sensor wirtualny x~ SP X x~ t Detektor uszkodzenia f11 Politechnika

Siłownik pneumatyczny Bilans sił F F pd pu = F = F s s + F + F A e p s k d k s F n F g x d d d + F F f f + F + F vc vc F F g g k s - stała spręŝyny k d - stała membrany A e - powierzchnia efektywna membrany p s - ciśnienie powietrza w komorze F n - składowa normalna siły w dławicy F p - siła czynna F g - siła cięŝkości F s - siła napięcia spręŝyny F d - siła napięcia membrany F fv - siła tarcia wiskotycznego F fc - siła tarcia Coulomba F vc - siła hydrostatyczna (vena contracta) F da - siła d Alembert a x - przemieszczenie tłoczyska x o - ugięcie wstępne spręzyny m - masa elementów ruchomych Histereza <> efekt sił tarcia Bilans sił kierunek ruchu w dół F p Fg n i = 1 pu F i pd F s F d F f F vc = 0 F F = 2F f

Siłownik pneumatyczny Równanie ruchu F s F fc F N F da m F p F d F fv F F F F F F F p s d fc fv da vc = = p = k = k s k A ( x + x d s x& 0 ( x + x v e 0 ) = sgn( x& ) F ) N µ = mx && = f ( x, P1, P2, F, Kv, α, ρ) f n i = 1 F i = k s >> k d 0 F g x m && x & & mg = + kvx + sign( x) FN µ + ( ks + kd ) x Fvc ( x) + ( ks + kd ) x0 p s A e F vc Równanie dynamicznej równowagi sił

Symulacja elementu wykonawczego Przypadek symulacji sterowania strumienia wody napływowej do kotła energetycznego Ustawnik Siłownik f 17 - spadek lub wzrost ciśnienia na zaworze f17 f17 f 19 - uszkodzenie przetwornika przepływu f 18 - otwarcie zaworów obejściowych f18 Zawór f19 Politechnika Warszawska, Instytut Wydział Automatyki Mechatroniki i Robotyki

Siłownik pneumatyczny (model symulacyjny) Zespół przetwornika elektro-pneumatycznego i siłownika Wyniki symulacji, dobór parametrów modelu 100 90 X [%] 80 75% 75% 70 60 50 Wyniki z badań eksperymentalnych Wyniki badań symulacyjnych 40 30 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 time[s] 100 90 X [%] 80 70 60 50 Wyniki z badań eksperymentalnych Wyniki badań symulacyjnych 40 30 20 0 5 10 15 20 13.8 s time[s] 13.8 s

Przykład modelowania strumienia przepływu Przypadek symulacji sterowania strumienia wody napływowej do kotła energetycznego Przemieszczenie tłoczyska X Wartość zadana strumienia przepływu Strumień Q czas [s]

Elementy wykonawcze Uwagi końcowe Współczesne urządzenia wykonawcze automatyki: - mają zdolności komunikacyjne (reguła) - mają zaimplementowane zdolności adaptacyjne - samostrojenie (reguła) - mają zdolności do sygnalizacji przekroczeń alarmowych (reguła) - mają zdolności do wnioskowania diagnostycznego w trybie on-line (wyjątkowo) - mają moŝliwość walidacji pomiarów (SEVA) (wyjątkowo) Współczesne urządzenia wykonawcze automatyki: - muszą być zgodne z wymaganiami IEC dotyczącymi kompatybilności elektromagnetycznej (w zakresie odporności i emisyjności) IEC 61000-4-3 - odporność na pole elektromagnetyczne IEC 61000-4-5 - odporność na zakłócenia napięciowe IEC 61000-4-6 - odporność na zakłócenia w paśmie fal radiowych IEC 61000-4-8 - odporność na pole magnetyczne IEC 61000-4-11 - odporność na zaniki zasilania IEC 1000-4-2 - odporność na wyładowania elektryczne - powinny być zgodne z projektem normy IEC 61514-2 (ustawniki inteligentne z wyjściem pneumatycznym)