1. No category

Osnove načrtovanja vodenja
–Osnove krmilij
–Osnove regulacij
1
1.1 Splošno o sistemih vodenja
• Vodenje (ožji pojem avtomatska regulacija)
ključni in integralni del sodobnih industrijskih
procesov (procesna industrija, biologija,
kemija, ekologija, farmacija, izdelčna
industrija)
• Prednosti: večja produktivnost, boljša
kvaliteta, večja ponovljivost, manjša poraba
energije, sociološke in ekološke izboljšave)
2
Bločni diagram sistema vodenja
Želena ali
referenčna
veličina
Vhod r(t)
Izhod c(t)
Sistem vodenja
Regulirana ali
krmiljena
veličina
3
1.2 Odprtozančni sistem vodenja
Krmilna veličina
Želena ali
referenčna
veličina
r(t)
Krmilnik
u(t)
c(t) Krmiljena
veličina
Proces
Primer: ogrevanje prostora z grelnikom in časovnim krmilnikom
problem spremnjanja zunanje temperature, motenj
4
1.3 Zaprtozančni sistem vodenja
Referenca
r(t)
Pogrešek
Regulirna
veličina
e(t)
u(t)
-
Regulator
Regulirana
veličina
Proces
c(t)
5
Prometni regulacijski sistem
• Odprtozančni način delovanja (konstantna
časovna sekvenca režima semaforjev)
• Zaprtozančni način delovanja (koordinirano
delovanje računalnikov glede na
informacije o gostoti prometa)
• Kompleksen proces (porazdelitev
dogodkov, časovno spremenljiv)
6
Biološki regulacijski sistem
• Rast določene kulture bakterij (uravnavanje
rasti z antibiotiki)
Ekonomski regulacijski sistem
• Optimiranje proizvodnje za doseganje
največjega dobička (veliko neznank)
7
1.4 Sledilno delovanja regulacijskega sistema
8
1.5 Regulacijsko delovanje regulacijskega
sistema
v(t) motnja na vhodu procesa
n(t) motnja na izhodu procesa
z(t) motnja nekje vmes
9
Odziv na motnjo na regulirni veličini v
regulacijskem sistemu
10
1.6 Obravnava regulacijskega sistema v
delovni točki
R00 , E00, U00 , C00 so enosmerne vrednosti signalov
Linearni sistami (superpozicija), deviacijski model
(odštejemo enosmerne vrednosti)
11
Deviacijski model regulacijskega sistema
12
Primer: Prehodna pojava pri regulaciji
temperature v prostoru
13
1.7 Primeri regulacijskih sistemov
Regulacija temperature v prostoru
Mešalni ventil…končni izvršni člen
Motor ventila….aktuator
14
• Proces sestavljajo:
–
–
–
–
–
peč za centralno ogrevanje
črpalka
grelnik v prostoru
povezovalni sistem (cevi)
in ogrevani prostor oz. ogrevanje prostora
• Regulator:
– komanda za zasuk ventila (motor) glede na razliko med
želeno in dejansko temperaturo v prostoru
• Ventil: mešalnega tipa (meša ohlajeno povratno tekočino
in tekočino iz peči na konstantno temperaturo)
• Temperatura tekočine, ki gre v sistem je odvisna od
zunanje temperature
• Ura: vklaplja in izklaplja ogrevalni sistem
15
Robotsko vodenje
16
Regulacija robotske roke
17
Regulacija sile stiska v robotovi prijemalki
18
Motnje v izvršnem členu
REGULATOR
-
Reg.algor.
Izvršni sistem
Motnje v procesu
Aktuator
Izvršni
člen
PROCES
Ojač.
Merilni
pretvornik
Tipalo
Merilni sistem
Motnje v merilnem sistemu
19
• Regulator predstavlja inteligentni del
regulacijskega sistema
• regulacijski algoritem na osnovi pogreška
med želeno in pretvorjeno regulirano veličino
določa ustrezni regulirni signal
• Regulator vsebuje še:
– preklop med avtomatskim in ročnim načinom
delovanja
– filtre na vhodu v regulator (motnje)
20
Učinki povratne zanke
• Zagotavljanje stabilnosti:
– razlika med odprtozančnim in zaprtozančnim
vodenjem
• Zmanjšanje občutljivosti na motnje
• Zmanjšanje občutljivosti na spremembe
parametrov
21
• Sprememba časovne konstante
– Časovna konstanta regulacijskega sistema se
lahko v zaprti zanki spremeni in regulacijski
sistem postane hitrejši ali počasnejši od samega
sistema
– Z večanjem ojačenja regulatorja KR se časovna
konstanta manjša
• Izločitev integracije
– Če integrirnem sistemu dodamo enotino povratno
zanko dobimo proporcionalen sistem.
22
Pokazatelji kvalitete regulacijskega sistema
23
•
•
•
•
•
td
tr
tp
Mp
ts
čas zakasnitve
čas vzpona
čas maksimalnega prevzpona
maksimalni prevzpon
umiritveni čas
24
Načrtovanje regulacijskega sistema na osnovi
pokazateljev kvalitete regulacije
• Pri analizi reg.sistema na osnovi odziva
ugotavljamo pokazatelje kvalitete. Pri
načrtovanju regulacijskega sistema pa
pokazatelje kvalitete določimo in določimo
regulator, ki bo zagotovil želeno obnašanje.
• Običajne zahteve so:
– čas vzpona manjši od predpisanega
– maksimalni prevzpon manjši od predpisanega
– umiritveni čas manjši od predpisanega
25
Razdelitev industrijskih regulatorjev
• Delitev po konstrukcijskih lastnostih
– mehanski
– elektronski
– mikroračunalniški
• Delitev po vrsti uporabljene energije
– hidravlični
– pnevmatski
– električni
• Delitev glede na dinamično obnašanje
– zvezno delujoči
– stopenjsko
26
Samodelujoči zvezni regulatorji ali reg. brez
pomožne veličine
• V eni enoti so zajete funkcije merilnega
sistema, izvršnega sistema in regulatorja.
Izvršni člen sprejema energijo za delovanje
iz energije, ki se zaradi delovanja regulirne
veličine sprošča na merilnem sistemu
27
Regulacija tlaka
• Referenco nastavimo z vijakom
• Tlako merimo z opno
• Pogrešek je razlika med silo zaradi vzmeti
28
in silo zaradi tlaka plina ali tekočine
• če je tlak plina ali tekočine manjši od
referenčnega tlaka, se opna ukrivi navzdol. To
povzroči povečanje pretoka in povečanje
tlaka.
• Ko je sila vzmeti enaka sili zaradi tlaka plina
ali tekočine, je ventil v ravnovesni legi.
29
Industrijski regulatorji
• sodobni
sistemi
vodenja
(veliko
regulacijskih zank, PID regulacijski
algoritmi realizirani v okviru procesnih
računalnikov, PLK-jev)
• tradicionalno so se za izvajanje regulacij
uporabljali samostojni regulatorji (v veliko
primerih uporabljajo še danes, pri zahtevi
po višji stopnji zanesljivosti, hiter dostop
operaterja in majhnem številu regulacijskih
zank.
30
Vrste regulatorjev
• regulatorje glede na izvedbo in princip
delovanja razdelimo v naslednje skupine:
 mehanski regulatorji (majhna natančnost)
 pnevmatski regulatorji (v primeru eksplozijske
nevarnosti);
 analogni elektronski regulatorji (v servo sistemih
zaradi velike hitrosti);
 mikroračunalniški regulatorji.
31
Zgradba in princip delovanja
mikroračunalniškega regulatorja
• Osrednja enota mikroprocesor skupaj s
pripadajočimi spominskimi enotami (RAM,
ROM, EPROM). (izvajanje uporabniškega
programa regulatorja, izvajanje aritmetičnih
in logičnih funkcij, ki jih omogoča
programska oprema regulatorja. Spominske
enote služijo shranjevanju programske
opreme regulatorja
32
33
Vhodni in izhodni signali
• V splošnem lahko na mikroračunalniški
regulator priključimo naslednje standardne
tipe signalov
– analogni vhodni signal (za priključitev
analognih merilnih pretvornikov, npr. merilnik
tlaka, nivoja, pretoka, ipd.);
– analogni izhodni signal (za priključitev
analognih aktuatorjev, npr. zvezni ventil, servomotor ipd.);
34
 digitalni vhodni signal (za priključitev on-off
merilnih pretvornikov, npr. detektor
maksimalnega nivoja, končno stikalo, ipd.);
 digitalni izhodni signal (za priključitev on-off
aktuatorjev, npr. vklop-izklop različnih
porabnikov);
 direktna priključitev termočlena oziroma
termoupora.
• Število posameznih signalov, ki jih lahko
priključimo na regulator, je eden od
parametrov, ki določa, kako obsežno
regulacijsko nalogo lahko rešujemo z danim
regulatorjem.
35
a) Sipart DR22, b) PROTRONIC, c)MC2000
36
Komunikacijske lastnosti regulatorja
• Vključevanje regulatorjev v distribuirane
računalniške sisteme preko vodil oziroma
komunikacijskih vmesnikov.
• Povezava na komunikacijsko vodilo omogoča:
– zajem vrednosti signalov regulatorja,
– spreminjanje (vpisovanje) vrednosti parametrov
regulatorja,
– vklop/izklop funkcij regulatorja,
– povezavo regulatorja z nadzornimi sistemi,
– povezavo regulatorja v distribuiran sistem vodenja in
– programiranje regulatorja
37
Stopenjsko delujoči regulatorji
• Regulirna veličina ima običajno dva ali
največ tri položaje (ON-OFF, tropoložajni
regulator)
• Enostavni in ceneni (pogosto uporabljeni: v
industriji, v raznih hišnih napravah,
regulacija temperature v likalniku, pralnem
stroju, pomivalnem stroju, regulacija nivoja
vode v izplakovalniku WC)
38
• Regulirna veličina lahko v odvisnosti od
pogreška zavzame le minimalno oz.
maksimalno vrednost
e  0, u  uMax
e  0, u  uMin
39
Histereza
U(t)
E(t)
40
• Nihanje regulirane veličine je posledica
histereze
• Zmanjšanje histereze vodi v večje število
preklopov (hitra izraba preklopnih
elementov)
41