363w automatyka Wb.ppt)iko.pwr.wroc.pl/dopobrania/st_automatyka_Wb.pdfBlok podstawowy: we wn ętrzu...

Automatyka WYKŁAD

1

Wykład - na prawach rękopisu AUTOMATYKA 1

AUTOMATYKA

wykład 1


1. Podstawowe definicje

1.1. Automatyzacja

Zastępowanie człowieka w czynnościach sterowniczych przez odpowiednie urządzenia sterujące, np. automatyzacja kotłowni, węzła ciepłowniczego i inne. Przykłady. Wady. Zalety.

1.2. AutomatykaDziedzina nauki obejmująca teorię i praktykę budowy urządzeń sterujących i regulacyjnych, np. automatyka budynkowa, przemysłowa.

2. Technika regulacji i sterowania

2.1. RegulacjaJest to czynność, w trakcie której jakąś wielkość fizyczną (np. temperaturę czy ciśnienie powietrza) mierzy się na bieżąco, porównuje z inną wielkością wzorcową i pomimo zakłócających wpływów zewnętrznych utrzymuje na stałym poziomie lub w określonych granicach (z dopuszczalną odchyłką).

2.2. UARUkład Automatycznej Regulacji – zespół urządzeń automatyzujących dany proces czy instalację.

Automatyka WYKŁAD

2


+ 20°C

1

°C24

22

20

18

16

Z1 Z2 Z3

2

3

4

2.3. Regulacja temp. w pomieszczeniu


Z1 Z2 Z3

2

3

T1

w

y u

4

2.4. UAR temp. w pomieszczeniu

Automatyka WYKŁAD

3


2.5. Elementy i sygnały w UAR

Każdy typowy UAR składa się z następujących elementów składowych:

1 = REGULATOR2 = CZŁON POMIAROWY3 = CZŁON WYKONAWCZY

4 = OBIEKT REGULACJIz = wielkości zakłócającey = wielkość regulowana

w = wartość zadanau = wielkość nastawna

Z1 Z2 Z3

2

3

T 1

w

y u

4

2.6. Sterowanie

Jest to proces w układzie otwartym, w którym wielkość wejściowa wpływa na wielkośćwyjściową według prawidłowości właściwej danemu obiektowi.

Regulacja natomiast odbywa się w układzie zamkniętym (sygnał krąży w pętli).


1

°C20

10

0

-10

-20

Z1 Z2 Z3

2

3

4

2.7. Sterowanie temp. w pomieszczeniu

+ 20°C

4

+ 20°C

Automatyka WYKŁAD

4


Z1 Z2 Z3

3

4

2.7. Sterowanie temp. w pomieszczeniu

+ 20°C

4

+ 20°C

1

2

T

y

u


3. Schemat blokowy UAR

• Większość urządzeń, układów i procesów automatycznego sterowania i regulacji można przedstawić za pomocą schematów blokowych

• Przedstawiają one w postaci graficznej budowę UAR i jednoznacznie opisują jego działanie (drogę sygnałów) przy znanej zależności między sygnałem wejściowym i wyjściowym.

Element automatyki

sygnałwejściowy

sygnałwyjściowy

zmiana sygnału

Element automatyki

sygnałwejściowy

sygnałwyjściowy

zmiana sygnału

Automatyka WYKŁAD

5


3.1. Symbole w schematach blokowych

Linia sygnałowa: odcinek lub linia łamana łącząca bloki na schemacie. Strzałka symbolizuje kierunek przepływu sygnału.

Węzeł sumujący: zachodzi w nim algebraiczne sumowanie sygnałów. Znak ujemny na grocie strzałki oznacza że dany sygnał jest odejmowany: c = a + b

ba c

Węzeł informacyjny: obrazuje miejsce w układzie z którego pobierana jest informacja.

a a aa

Blok podstawowy: we wnętrzu prostokąta podawana jest matematyczna zależność pomiędzy sygnałem wejściowym i wyjściowym: G = a / b

G a b


3.3. Połączenie szeregowe

Zależność wypadkową Gw pomiędzy sygnałami wyznaczamy ze wzoru:

Gw = G1 × G2

Dla dowolnej liczby n bloków połączonych szeregowo: Gw = G1 × G2 × … ×Gn

G1 G2 a b

G1 G2 a b

Gwa b

Gwa b

3.4. Połączenie równoległe


Gw = G1 + G2Dla dowolnej liczby n bloków połączonych szeregowo:

Gw = G1 + G2 + … + GnJeżeli sygnał jest ujemy wówczas we wzorze pojawia się „-” (minus).

Gwa b

Gwa bG1

G2

a b++

G1

G2

a b++

Automatyka WYKŁAD

6


3.5. Sprzężenie zwrotne


2G1G11G

Gw⋅±

=

Znak dodatni występuje przy sprzężeniu ujemnym, znak ujemny w sprzężeniu dodatnim.

Gwa b

Gwa b

G1

G2

a b± G1

G2

a b±

G1

G4

±

G3

G2

a b++G1

G4

±

G3

G2

a b++

3.6. Schemat blokowy - przykład

Stosując powyższe zasady można wyznaczać zależność wypadkową dowolnych układów, np.:

Dla poprawnego opracowania wyniku wymagana jest znajomość właściwości każdego z bloków (elementów) automatyki.


RegulatorCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

zakłócenia Z

u

4.1. Schemat blokowy REGULACJI

Regulacja temperatury w pomieszczeniu ogrzewanym

z = wielkości zakłócającey = wielkość regulowanaw = wartość zadanau = wielkość nastawnae = odchyłka regulacji

w

y

Człon pomiarowy

e

Automatyka WYKŁAD

7


zakłócenia Z

u

4.1. Schemat blokowy REGULACJI

2

31 4

Regulacja temperatury w pomieszczeniu ogrzewanym

1 = REGULATOR2 = CZUJNIK TEMPERATURY3 = SIŁOWNIK ZAWORU4 = POMIESZCZENIE Z GRZEJNIKIEM

z = wielkości zakłócającey = wielkość regulowanaw = wartość zadanau = wielkość nastawnae = odchyłka regulacji

w

y

e

T


RegulatorCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

zakłócenia Z

w u

4.2. Schemat blokowy STEROWANIA

z = wielkości zakłócającew = wartość zadanau = wielkość nastawna

Automatyka WYKŁAD

8


zakłócenia Z

w u

4.2. Schemat blokowy STEROWANIA

1 = REGULATOR3 = CZŁON WYKONAWCZY4 = OBIEKT REGULACJI

z = wielkości zakłócającew = wartość zadanau = wielkość nastawna

31 4


5.1. STACJA HYDROFOROWA

P

regulatory

w

pompy

Członwykonawczy

zbiornik

Obiektregulacji

czujnik ciśnienia

Członpomiarowy

w

u

y

Automatyka WYKŁAD

9


5.2. REGULACJA TEMP. NAWIEWU

T

czujnik temperatury

przewodynagrzewnicaregulatory

wCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

Członpomiarowy

w


5.3. Przykład 3: OGRZEWANIE STREFOWE

pomieszczenie

czujnik temperatury

zawór regulacyjny

M

z/do źródła ciepła

T

regulatory

wCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

Członpomiarowy

w

Automatyka WYKŁAD

10


5.4. OGRZEWANIE INDYWIDUALNE

T

pomieszczenie

czujnik temperatury

kociołregulatory

wCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

Członpomiarowy

w


6

5

431 - regulator, 2 - człon pomiarowy, 3 - człon wykonawczy, 4 - pompa obiegowa, 5 - grzejnik w pomieszczeniu, 6 - źródło ciepła

5.5. Regulacja temp. powietrza w pomieszczeniu

u

z

1 3 5w

y2

2TT1

yw

u

Automatyka WYKŁAD

11


5.6. Sterowanie temp. powietrza w pomieszczeniu i regulacja temp. wody zasilającej grzejnik

y’

6

5

4

31 - regulator, 2 - człon pomiarowy, 3 - człon wykonawczy, 4 - pompa obiegowa, 5 - grzejnik w pomieszczeniu, 6 - źródło ciepła

Ty

wuT

1

2

z

3w

yy’2

u1

5


5.7. Pogodowa regulacja temp. wody zasilającej grzejnik i sterowanie temp. powietrza w pomieszczeniu

6

y’ 5

4

3 y

T

Twu

T2 27w’

1 - regulator, 2 - człon pomiarowy, 3 - człon wykonawczy, 4 - pompa obiegowa, 5 - grzejnik w pomieszczeniu, 6 - źródło ciepła, 7 - człon pomiarowy (temp. zewn.),8 - człon zmiany wielkości wiodącej

8

z

3w’ w

yy’2

u8

5

1

Automatyka WYKŁAD

12


AUTOMATYKA

Wykład 2


1. Rodzaje regulacji

AUTOMATYCZNAREGULACJA

STAŁOWARTOŚCIOWA NADĄŻNA

PROGRAMOWA

Automatyka WYKŁAD

13


1.1. Regulacja STAŁOWARTOŚCIOWA

• Utrzymanie wartości regulowanej na stałym poziomie niezależnie od zakłóceńdziałających na układ. Np. regulacja temperatury c.w.u. za podgrzewaczem c.w.u.

• Wymagania: stała temperatura c.w.u. +60°C• Zakłócenia: zmienny w czasie rozbiór (pobór) c.w.u. i inne• Rozwiązanie: regulacja mocy cieplnej podgrzewacza

M

Woda zasilająca(ogrzewająca)

Ciepła woda użytkowa +60°C

Zimna woda użytkowa +5°C

Zawór regulacyjny



Elementy UAR:REGULATOR: regulator temperatury

CZŁON POMIAROWY: czujnik temperatury c.w.u.

CZŁON WYKONAWCZY: siłownik zaworu regulacyjnego

OBIEKT REGULACJI: podgrzewacz c.w.u.

Sygnały w UARz = wielkości zakłócające: zmienny rozbiór c.w.u.y = wielkość regulowana: chwilowa temperatura c.w.u. na wyjściu z podgrzewaczaw = wartość zadana: temperatura c.w.u. +60°C

u = wielkość nastawna: rozkaz do siłownika zaworu regulacyjnego, zamknij, otwórze = odchyłka regulacji: różnica między w i y.

RegulatorCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

Człon pomiarowy

zakłócenia Z

w

y

ue

Automatyka WYKŁAD

14



Woda zasilająca(ogrzewająca)

Ciepła woda użytkowa +60°C

Zimna woda użytkowa +5°C

Zawór regulacyjny

T

M

Wartość zadana:w = 60°C

Wartość regulowana:y = 5…60°C (pomiar)

Wartość nastawna:u = zamknij/otwórz

T

Regulator:temperatury c.w.u.


1.2. Regulacja NADĄŻNA (kompensacyjna)

Ma za zadanie nadążanie za zmianami wartości zadanej, która zmienia się w sposób niezdeterminowany (trudny do przewidzenia). Np. regulacja pogodowa instalacji c.o.

Wymagania: dostosowanie mocy grzejnika do potrzeb

Zakłócenia: zmienna temperatura zewnętrzna teRozwiązanie: regulacja mocy cieplnej grzejnika poprzez zmianę

temperatury wody zasilającej (przy stałym m) w funkcjitemperatury zewnętrznej.

źródło

ciepła

tz, m

te = temperatura zewnętrznatz = temperatura wody na zasilanium= przepływ const.

grzejnik

te

Temp.

zasilania

c.o.

Temp.zewn.

+20

-20 0 +20

+90

Wykres regulacyjny:Wykres sporządzony według znanej dla danego obiektu (pomieszczenia, budynku) zależności przyporządkowujący danej te wymaganą tz.

Automatyka WYKŁAD

15



Elementy UAR:REGULATOR: regulator temperatury

CZŁON POMIAROWY: czujnik temperatury wody na zasilania tz

CZŁON WYKONAWCZY: źródło ciepła (moc cieplna)

OBIEKT REGULACJI: instalacja ogrzewania

RegulatorCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

Człon pomiarowy

zakłócenia Z

w

y

ute/tz

te e

Sygnały w UARz = wielkości zakłócające: zmienna temperatura zewnętrzna tey = wielkość regulowana: chwilowa temperatura wody tz na zasilaniu grzejnika (pomiar)w = wartość zadana: wymagana temperatura na zasilaniu grzejnika dla chwilowej

temperatury zewnętrznej te

u = wielkość nastawna: rozkaz do źródła ciepła: zwiększ tz, zmniejsz tz (modulacja mocy cieplnej)

e = odchyłka regulacji: różnica między w i y.



źródło

ciepła

tz, m

grzejnik

te

+20

-20 0 +20 te

tz+90

T

Regulator:temperatury tz

T

T

Wartość nastawna:u = zwiększ/zmniejsz tz

Wartość regulowana:y = 20…90°C (pomiar)

te / tzWartość zadana:w = 20…90°C

temp. zewnętrzna te

Automatyka WYKŁAD

16


1.3. Regulacja PROGRAMOWA

Realizuje zadaną w czasie zmianę wartości zadanej według ściśle określonego programugodzinowego, dobowego, tygodniowego, miesięcznego, rocznego, dni roboczych i wolnych, itp. np. osłabienia nocne czy weekendowe w instalacjach centralnego ogrzewania w obiektach użytkowanych okresowo (biura, szkoły).

W ramach regulacji programowej mogą być realizowane procesy sterowania i regulacji zarówno nadążnej jak i stałowartościowej.

ti °C

czas

ti °C

czas0:00 7:00 17:00 24:000:00 7:00 17:00 24:00

+20+20

+15+15

DZIEŃnormalna praca

instalacjiogrzewania

NOCpraca instalacji

ogrzewania z osłabieniem

NOCpraca instalacji


DZIEŃnormalna praca

instalacjiogrzewania

NOCpraca instalacji


NOCpraca instalacji



2. Jakość regulacji

• Poprawne działanie układu regulacji (regulowanie obiektem) zależy od doboru odpowiedniego typu regulatora do konkretnego obiektu regulacji.

• Poprawność działania UAR jest wyrażana jakością regulacji. Najczęściej jakośćregulacji określana jest na podstawie analizy przebiegu przejściowego układu (zmian sygnału wyjściowego) będącego odpowiedzią na skokową zmianę wymuszenia (sygnału wejściowego).

2.1. Ocena jakości regulacjiAnaliza wAnaliza włłaaśściwociwośścici

UARUAR(jakości regulacji)

W STANACH W STANACH STATYCZNYCHSTATYCZNYCH

W STANACHW STANACHDYNAMICZNYCHDYNAMICZNYCH

Określenie wskaźnikówregulacji tR, e1 i emax

Odchyłka statyczna „e” jakoróżnica między wartościązadaną „w” a wielkościąregulowaną „y” w stanie

ustalonym.

Charakterystyka skokowajako odpowiedź na sygnał

skokowy wywołany zakłóceniem działającym

na układ.

Automatyka WYKŁAD

17


2.2. Jakość regulacji w stanach statycznych

Kryterium oceny jest wielkość odchyłki statycznej „e” jako różnicy między wartością zadaną„w” a wielkością regulowaną „y” w stanie ustalonym. Im mniejsza odchyłka „e”, tym lepsza jakość regulacji.Stan ustalony osiągany jest gdy wartości sygnałów wejściowego i wyjściowego układu są stałe.

czas

w

(wartość

zadana)

STAN USTALONY

y (pomiar)

e (odchyłka)


2.3. Jakość regulacji w stanach dynamicznych

Ocena na podstawie analizy charakterystyki skokowej (przebiegu przejściowego) jako odpowiedź UAR na znaną, skokową zmianę wymuszenia (zakłócenie wprowadzone do układu).

t

e

+ ∆e

- ∆e

tR

e max e(t)

∆e = 5% eK = e1/emax × 100%

e - odchyłka regulacji, e max - odchyłka maksymalna, e1 - odchyłka o przeciwnym znaku do emax , K - przeregulowanie, tR - czas regulacji

e 1

Automatyka WYKŁAD

18


AUTOMATYKA

wykład 3


1. Właściwości elementów automatyki

• Każdy z elementów (członów) automatyki ma określone właściwości, których korelacja określa właściwości całego układu(połączenia szeregowe, równoległe i sprzężenie zwrotne).

• Znajomość właściwości poszczególnych elementów automatyki jest konieczna dla poprawnego doboru UAR i dla osiągnięcia wymaganej jakości regulacji.

• Wymaga się „dopasowania” elementów UAR do danego obiektu regulacji. Należy poznać i odpowiednio uwzględnić właściwości obiektu oraz wszelkich elementów składowych UAR.

Należy znać sposób zachowania się obiektu którego pracą chcemy kierować, jak reaguje na zakłócenia, jakie czynności należy podjąć aby osiągnąć określony cel, itp.

RegulatorCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

zakłócenia Z

uw

y

Człon pomiarowy

e

Automatyka WYKŁAD

19


1.1. Właściwości elementów automatyki

• Właściwości elementu automatyki opisują sposób przetwarzania przez element automatyki sygnałów wejściowych (x) na sygnały wyjściowe (y).

• Zmianie może ulegać nie tylko wartości sygnału (zwiększenie lub zmniejszenie) lecz również jego postać i przebieg w czasie (opóźnienie, wydłużenie, skrócenie, itp.)

Element automatyki

sygnałwejściowy

x

sygnałwyjściowy

yzmiana sygnału


1.2. Właściwości elementów automatyki

WŁAŚCIWOŚCI ELEMENTÓW AUTOMATYKI

WŁAŚCIWOŚCI STATYCZNE

(stan ustalony)

WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNE

(wymuszenie)

METODAANALITYCZNA

METODADOŚWIADCZALNA

Automatyka WYKŁAD

20


2. Właściwości STATYCZNE

• Właściwości statyczne elementu automatyki określa charakterystyka statyczna.

Opisuje ona zależność między sygnałem wejściowym i wyjściowym danego elementu w stanie ustalonym (stanie statycznym).

• Charakterystykę statyczną wyznacza się analitycznie lub doświadczalnie.

• Stan ustalony występuje gdy wielkość sygnału wejściowego i wyjściowego osiągnęły określoną wartość i nie ulegają zmianie

(z uwzględnieniem dopuszczalnej odchyłki).

czas

STAN USTALONY

Element automatyki

sygnałwejściowy

x

sygnałwyjściowy

y

zmiana sygnału


2.1. Analityczne wyznaczanie wł. statycznych

• Analityczne wyznaczanie charakterystyki statycznej polega na opisaniu układu za pomocą znanych zależności matematycznych (model matematyczny).

PRZYKŁAD 1: Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania. Z literaturyznana jest następująca zależność:

Q = A U (ti – te) [W]

W uproszczeniu: Q = f (te).

Otrzymujemy teoretyczny opis zachowaniasię obiektu w zmiennych warunkach. Na tej podstawie możemy przygotowaćodpowiednią procedurę regulacji.

Q

-20 +12 te

Automatyka WYKŁAD

21


2.1. Analityczne wyznaczanie wł. statycznych

• Analityczne wyznaczanie charakterystyki statycznej polega na opisaniu układu za pomocą znanych zależności matematycznych (model matematyczny).

PRZYKŁAD 2: Miejscowa strata ciśnienia przy przepływie. Z literatury znana jest następująca zależność:

W uproszczeniu: ∆p = f (v).

Znając teoretyczny opis zachowaniasię obiektu w zmiennych warunkachjesteśmy w stanie opracowaćodpowiednią procedurę regulacji układem.

2v

p2⋅ξ

=∆

∆p

v


2.2. Wyznaczanie doświadczalne wł. statycznych

PRZYKŁAD 3: Charakterystyka układu pompowego opisująca zależnośćwysokości podnoszenia H od wydajności G.

W uproszczeniu: H = f (G)

Pomiary wykonano w 4 seriach,dla wydajności G1, G2, G3 i G4.Dla każdej wydajności w stanieustalonym odczytano osiągniętąwysokość podnoszenia H.Otrzymane punkty interpolowanodo charakterystyki pompy.

Stanowisko pomiarowe

G1 G2 G3 G4 G

H1H2

H3

H4

H

Automatyka WYKŁAD

22


3. Właściwości DYNAMICZNE

• Właściwości dynamiczne elementu automatyki określa charakterystyka dynamiczna.Przedstawia ona zmienność w czasie sygnału wyjściowego y po zmianie sygnału wejściowego x.

• Jest to odpowiedź dynamiczna elementu automatyki na zmianę sygnału wejściowego.

• Charakterystykę dynamiczną określa się analitycznie lub doświadczalnie.

3.1. Analityczne wyznaczanie wł. dynamicznych

• Analityczne określanie właściwości dynamicznych układu realizuje się za pomocąrównań różniczkowych (interpretacja graficzna) lub za pomocą transmitancji operatorowych będących funkcjami zmiennej zespolonej s:

G(s) = Y(s) / X(s)gdzie: X(s) i Y(s) to postać operatorowa odpowiednio sygnału wejściowego i wyjściowego

• Transmitancje operatorowe podstawowych elementów automatyki podane się w literaturze.

• Można je również wyznaczyć dla danego obiektu.


3.2. Doświadczalne wyznaczanie wł. dynamicznych

• Doświadczalne określanie właściwości dynamicznych układu realizuje się poprzez podanie na wejście odpowiednio dobranego, znanego, zmiennego w czasie sygnału wejściowego x i rejestrację wywołanych nim zmian sygnału wyjściowego y.

• Ten sygnał wejściowy nazywany jest WYMUSZENIEM.• Przed podaniem wymuszenia obiekt musi znajdować się w stanie ustalonym.

• Po podaniu sygnału wymuszenia rejestruje się przebieg zmian sygnału wyjściowego, ażdo momentu osiągnięcia ponownie stanu ustalonego.

• Otrzymuje się odpowiedź układu zwaną również funkcją przejścia między dwoma stanami ustalonymi.

Sygnałwejściowy

Sygnałwyjściowy

czas

czas

Automatyka WYKŁAD

23


4. CZŁONY AUTOMATYKI i ich właściwości

• Sposobem analitycznego odwzorowania układu jest stworzenie jego modelu złożonego z CZŁONÓW, którymi są podstawowe układy lub elementy automatyki (części składowe).

• Człony automatyki można dzielić według różnych kryteriów: zasady działania, budowy, zastosowania, itd.

• Najwygodniejszy i najpowszechniejszy jest podział członów ze względu na ich właściwości dynamiczne.

5. Standardowe wymuszenia

• Najwygodniejszym sposobem określenia właściwości elementu automatyki jest poznanie lub stworzenie jego charakterystyki dynamicznej.

• W technice badawczej elementów i układów automatyki stosuje się kilka standardowych wymuszeń dla określania właściwości dynamicznych.

• Sygnał otrzymany na wyjściu układu po podaniu na wejście wymuszenia nazywa sięodpowiedzią.

• Odpowiedź skokowa bardzo dobrze charakteryzuje właściwości dynamiczneelementów i układów automatyki.



1. Skok jednostkowy: odpowiedzią jestcharakterystyka skokowa

2. Wymuszenie jednostkowe: odpowiedzią jest charakterystyka skokowa

3. Wymuszenie impulsowe: odpowiedzią jest charakterystyka impulsowa

0

x(t)

czas t

1

0

x(t)

czas t

x

0

x(t)

czas t

+∞

Automatyka WYKŁAD

24



4. Wymuszenie liniowo narastające:

5. Wymuszenie paraboliczne:

6. Wymuszenie sinusoidalne: odpowiedzią jest charakterystyka częstotliwościowa

0

x(t)

czas t

0

x(t)

czas t

0

x(t)

czas t


6.1. CZŁON PROPORCJONALNY

y(t)

k

x(t)

czas

Wymuszenie: skok jednostkowy

Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:

k – współczynnikwzmocnienia

Automatyka WYKŁAD

25


6.1. CZŁON PROPORCJONALNY

Przykład: zawór regulacyjny

Wielkość wejściowa: skok zaworuWielkość wyjściowa: zmiana przepływu w rurociągu

0

x(t)

t

WYMUSZENIE

0

y(t)

t

ODPOWIEDŹ


6.2. CZŁON INERCYJNY I rzędu

y(t)

czas

k

x(t) Wymuszenie: skok jednostkowy

Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:

k – współczynnikwzmocnieniaT – stała czasowaCechuje go inercja.

Automatyka WYKŁAD

26


6.2. CZŁON INERCYJNY I rzędu

Przykład: wodna nagrzewnica powietrza

Wielkość wejściowa: zmiana przepływu czynnika grzejnegoWielkość wyjściowa: zmiana temperatury powietrza za nagrzewnicą

0

x(t)

t

WYMUSZENIE

0

y(t)

t

ODPOWIEDŹ


6.2a. CZŁON INERCYJNY II rzędu

y(t)

k

czas

Wymuszenie: skok jednostkowy

Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:

k – współczynnikwzmocnieniaTo – opóźnienieT – stała czasowa

x(t)

Automatyka WYKŁAD

27


6.2a. CZŁON INERCYJNY II rzędu

Przykład: podgrzewacz c.w.u.

Wielkość wejściowa: zmiana przepływu czynnika grzejnegoWielkość wyjściowa: zmiana temperatury wody w podgrzewaczu

0

x(t)

t

WYMUSZENIE

y(t)

0 t

ODPOWIEDŹ


6.3. CZŁON CAŁKUJĄCY

y(t)

czas


Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:

T – stała czasowa

Automatyka WYKŁAD

28


6.3. CZŁON CAŁKUJĄCY

Przykład: zbiornik z wypływem ustalonym

Wielkość wejściowa: różnica strumieni Qd – QwWielkość wyjściowa: poziom wody w zbiorniku H

Qd

Qw=idem

H

0

x(t)

t

WYMUSZENIE

0

y(t)

t

ODPOWIEDŹ


6.4a. CZŁON RÓŻNICZKUJĄCY IDEALNY

y(t)+∞

Człon idealny nieda się zrealizowaćw rzeczywistości.

czas


Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:

Automatyka WYKŁAD

29


6.4b. CZŁON RÓŻNICZKUJĄCY Z INERCJĄ

0

y(t)

czas


Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:

k – współczynnikwzmocnieniaT – stała czasowa


6.5a. CZŁON OSCYLACYJNY BEZ TŁUMIENIA

y(t)

2k

k

czas


Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:


Automatyka WYKŁAD

30


6.5b. CZŁON OSCYLACYJNY Z TŁUMIENIEM

y(t)

2k

k

czas


Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:



6.5c. CZŁON OSCYLACYJNY Z POBUDZENIEM

y(t)

2k

k

czas


Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:


Automatyka WYKŁAD

31


6.5. CZŁON OSCYLACYJNY

Przykład: manometr cieczowy dwuramienny

Wielkość wejściowa: ciśnienie pomiarowe PWielkość wyjściowa: poziom wody w rurkach H

AtmP

H0

x(t)

t

WYMUSZENIE

0

y(t)

t

ODPOWIEDŹ


6.6. CZŁON OPÓŹNIAJĄCY

y(t)

czas


Odpowiedź skokowa

Symbol graficzny:

to - opóźnienie

Automatyka WYKŁAD

32


6.6. CZŁON OPÓŹNIAJĄCY

Przykład: podajnik taśmowy (taśmociąg)

Wielkość wejściowa: grubość warstwy na początku podajnika G1Wielkość wyjściowa: grubość warstwy na końcu podajnika G2

L

G2G1

0

x(t)

t

WYMUSZENIE

0

y(t)

t

ODPOWIEDŹ


7. CZŁONY AUTOMATYKI - przykłady

1. Każdy z członów układu ma określone właściwości dynamiczne.

2. Wzajemna korelacja właściwości dynamicznych poszczególnych członów określa właściwości dynamiczne całego obiektu.

3. Znajomość właściwości dynamicznych obiektu (instalacji, urządzenia, układu) jest konieczna dla poprawnego doboru i dopasowania UAR.

G1 G2 a b

G1 G2 a b

Gn...2G1GGw ⋅⋅⋅=

G1

G2

a b++

G1

G2

a b++ Gn...2G1GGw +++=

G1

G2

a b± G1

G2

a b±

2G1G11G

Gw⋅±

=

Automatyka WYKŁAD

33


7.1. Przykład 1: STACJA HYDROFOROWA

P

Właściwości członów automatyki:

y

w


7.2. Przykład 2: REGULACJA TEMP. NAWIEWU

T


y

w

Automatyka WYKŁAD

34


7.3. Przykład 3: OGRZEWANIE STREFOWE


M

z/do źródła ciepła

T

y

w


7.4. Przykład 4: OGRZEWANIE INDYWIDUALNE


y

w

T

Automatyka WYKŁAD

35


8. Dotychczas podane informacje pozwalają na:

1. Rozpoznanie i określenie właściwości obiektu regulacji i jego poszczególnych elementów.

2. Określenie wymagań odnośnie jakości regulacji.

3. Wybór pożądanego rodzaju regulacji.

yx

t

e

+ ∆e

- ∆e

tR

em

ax e(t)

e1

STAŁOWARTOŚCIOWA NADĄŻNAPROGRAMOWA


9. Elementy UAR obiektu

UAR danego OBIEKTU składa się z co najmniej z trzech podstawowych elementów tworzących pętlę regulacyjną:

1. REGULATOR2. ELEMENT POMIAROWY (czujnik)3. ELEMENT WYKONAWCZY

Między elementami automatyki informacje przesyłane są w postaci SYGNAŁÓW (oznaczone strzałkami).

RegulatorCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

zakłócenia Z

uw

y

Człon pomiarowy

e

Automatyka WYKŁAD

36


10. Sygnały w UAR

W technice automatycznej regulacji rozróżnia się dwa podstawowe typy sygnałów dla przekazywania odczytów, stanów, rozkazów i innych informacji między elementami automatyki:

1. SYGNAŁ CYFROWYozn. D (ang. DIGITAL) sygnał przyjmuje tylko wartości „0” lub „1”jest to sygnał dwustawnynp. zał./wył., start/stop, stan0/stan1

2. SYGNAŁ ANALOGOWYozn. A (ang. ANALOG)sygnał przyjmuje dowolną wartośćod 0 do 100% zakresu sygnału,jest to sygnał ciągłynp. odczyt temperatury

czas

1 -

0 -

czas

100% -

0% -


10. Sygnały w UAR

Sygnały obu rodzajów (A i D) mogą być dla danego elementu:1. sygnałem wejściowym, ozn. I (ang. INPUT) 2. sygnałem wyjściowym, ozn. O (ang. OUTPUT)

Otrzymujemy więc dla danego elementu automatyki:• AI - sygnał wejściowy analogowy• AO - sygnał wyjściowy analogowy• DI - sygnał wejściowy cyfrowy• DO - sygnał wyjściowy cyfrowy

Sygnały w UAR występują w znormalizowanych postaciach,np. sygnały napięciowe, sygnały prądowe, sygnały rezystancyjne itd.

Sygnał musi być użyteczny (zrozumiały) dla urządzenia będącego odbiorcą sygnału (dedykowane wejścia).

Element automatykiAI AO

Element automatykiDI DO

Automatyka WYKŁAD

37


10. Sygnały w UAR

• Sygnał wyjściowy (O) dla danego elementu automatyki jest zazwyczaj sygnałem wejściowym (I) dla kolejnego elementu.

• Nie można bezpośrednio łączyć (mieszać) ze sobą sygnałów A i D.• Istnieją dedykowane elementy automatyki zamieniające sygnały

A na D lub D na A według założonych reguł.

• Elementy automatyki mogą mieć więcej niż jeden sygnał I i O.PRZYKŁAD: centrala wentylacyjna

z nagrzewnicą powietrza.

T

Wentylator0/1

Nagrzewnicaelektryczna0…100%

AOAI

AIAO

DIDORegulator

Wartośćzadana

CzujnikT

AO AI

STARTSTOP

DI

DO


AUTOMATYKA

Wykład 4

Automatyka WYKŁAD

38


1. Elementy pomiarowe

Automatyzacja procesów w inżynierii sanitarnej wymaga zastosowania czujników służących do pomiaru takich wielkości jak:

• temperatura, • ciśnienie lub różnica ciśnień,

• wilgotność, • przepływ lub strumień,• prędkość przepływu,

• ilość (licznik),• energia (licznik),

• poziom cieczy,

• entalpia, • jakości powietrza

• zawartość CO2, • ruch i obecność, • zadymienie,

• położenie,• przekroczenie zakresu,

• i inne.

Pomiar każdej wielkości wymaga zastosowaniadedykowanych elementów pomiarowych.


2. Zasada działania elementów pomiarowych

• Urządzenia pomiarowe (czujniki) zamieniają mierzony parametr na wielkość użyteczną(zrozumiałą) dla UAR w postaci znormalizowanego sygnału np. opornościowego lub elektrycznego.

• Sygnał wyjściowy czujnika jest proporcjonalny do aktualnej wielkości wartości mierzonej, rośnie i maleje wraz z nią w całym zakresie pomiarowym czujnika według znanej właściwości (charakterystyka czujnika).

• Przykład:zanurzeniowy czujniktemperatury czynnika

Znormalizowanysygnał rezystancyjny kΩ

Temperaturaczynnika °C

Automatyka WYKŁAD

39


3. Sygnały generowane przez elementy pomiarowe

• W zależności od potrzeb i możliwości przekazania danej informacji stosuje się czujniki

generujące sygnały D lub generujące sygnały A.

• Za pomocą sygnału analogowego (A) można przekazać informacje ciągłe, np. wartość

wielkości mierzonej (temperatury, ciśnienia, wilgotności, itp.).Zmieniająca się od 0…100% wartość sygnału odpowiada zmieniającej się wartości mierzonej, stosownie do zakresu

pomiarowego.

• Za pomocą sygnału cyfrowego (D) można przekazać informacje dwustanowe, np. o osiągnięciu progu (ciśnienia, poziomu cieczy),

z czujnika obecności, z czujnika krańcowego położenia, itp. Wartość dwustawnego sygnału (0 lub 1) odpowiada jednemu ze stanów.

• Za pomocą sygnału cyfrowego (D) przekazuje się również informacje zliczające (liczniki ilości, wodomierze, itp.). Pojedynczy, krótkotrwały sygnał cyfrowy reprezentuje jednostkę wielkości zliczanej.


4. Dobór elementów pomiarowych

Przy doborze czujnika należy zwrócić uwagę na:

• zakres pomiarowy

• dokładność wskazania

• rodzaj sygnałów wejściowych zastosowanego regulatora

• stałą czasową czujnika

• fizyczną możliwość zabudowy czujnika.

Automatyka WYKŁAD

40


5. Czujniki temperatury cieczy

Do pomiaru temperatury cieczy w przewodach i zbiornikach stosuje się czujniki:

1. ZANURZENIOWE2. PRZYLGOWE


5.1. Czujnik zanurzeniowy temperatury cieczy

Automatyka WYKŁAD

41



• Zakres temperatur np.:-10…125°C

0…130°C-25…150°C

• Stała czasowa np.:

2, 7 czy 47 sekund

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60Czas, s

Zm

iana

tem

pera

tury

, %Ts = 2s

Ts = 7s

Ts = 47s



Sposób zabudowy:

Automatyka WYKŁAD

42


5.2. Czujnik przylgowy temperatury cieczy


5.2. Czujnik przylgowy temperatury cieczy

Automatyka WYKŁAD

43


5.3. Czujnik temperatury powietrza w kanale wentyl.

Do pomiaru temperatury powietrza w kanałach

wentylacyjnych stosowane są czujniki kanałowe o małych stałych czasowych.


5.3. Czujnik temperatury powietrza w kanale wentyl.

Sposób zabudowy

Automatyka WYKŁAD

44


5.4. Czujnik temperatury wewnętrznej

Do pomiaru temperatury powietrza w pomieszczeniach stosowane są czujniki przystosowane do montażu na ścianie.Zamknięte są w obudowach zabezpieczających je przed uszkodzeniem i poprawiających estetykę zamontowanego czujnika.Zakres pomiarowy -15...+40°C.

Czujniki te mogą być wyposażanedodatkowo w zadajniki temperatury oraz wyświetlacze wartości mierzonej.


5.4. Czujnik temperatury wewnętrznej

Zasady montażu czujników temperatury wewnętrznej:

1.2.3.

4.5.

Automatyka WYKŁAD

45


5.5. Czujnik temperatury zewnętrznej

Czujniki do pomiaru temperatury powietrza zewnętrznego posiadają konstrukcjęzabezpieczającą je przed niekorzystnym wpływem wilgoci oraz możliwość montażu na ścianach zewnętrznych budynków.

Przy wyborze miejsca montażu należy wybierać ściany północne oraz północno-wschodnie eliminując bezpośredni wpływ nasłonecznienia i innych zysków ciepła na pomiar temperatury powietrza.

Zakres pomiarowy -30...+60°C.

W układach wentylacyjnych temperatura powietrza

zewnętrznego mierzona jest najczęściej czujnikiem

kanałowym w kanale czerpni powietrza

zewnętrznego.


6. Czujniki wilgotności

CZUJNIKI ELEKTRYCZNE oparte są na zastosowaniu substancji lub złożonych układów, które absorbują lub tracą wilgoć przy zmianie wilgotności względnej otoczenia, co powoduje zmianę ich właściwości elektrycznych.Sposób i zasady montażu jak przy kanałowych czujnikach temperatury. Sygnał 0…10V.

Istnieją konstrukcje zawierające w jednej obudowie czujnik temperatury i wilgotności.

Automatyka WYKŁAD

46


7. Czujnik prędkości wiatru

Kompensacja wpływu wiatru jest niezbędna w przypadku, gdy budynki lub strefy narażone są na silny wiatr, który ma wpływ na temperaturę w pomieszczeniu.Musi być on umieszczony w miejscu wystawionym na działanie wiatru:

– Ściana domu narażona na działanie wiatru– W pobliżu rogu budynku– Możliwie jak najwyżej, ale co najmniej na 2/3

wysokości budynku lub strefy

Nie montować w pobliżu występów, osłon, drzew hamujących przepływ wiatru, ani w pobliżu otworów wentylacyjnych.Sygnał 0-10V. Zakres temp. -40..+60°C.


8. Czujnik nasłonecznienia

Czujnik stosowany w instalacjach ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji, w których wymagana jest kompensacja od promieniowania słonecznego oraz dla sterowania żaluzjami okiennymi.Kompensacja wpływu nasłonecznienia jest niezbędna w obiektach lub strefach z dużymi powierzchniami okiennymi, narażonymi na silne promieniowanie słoneczne.

Montować min. 3m nad ziemią.Nie montować czujnika w cieniu drzew, domów, słupów itp.Sygnał 0…10V.

Automatyka WYKŁAD

47


9.1. Czujnik ciśnienia - pomiar ciśnienia

Przetwornik ciśnienia przeznaczony jest do pomiaru ciśnienia, podciśnienia i ciśnienia absolutnego: gazów, par i cieczy.

Elementem pomiarowym jest czujnik piezorezystancyjny krzemowy oddzielony od medium przez membranęelastyczną.

Układ elektroniczny znajduje się w obudowie.

Dany czujnik ciśnienia ma określony roboczy zakres ciśnieńmierzonych, np.:

0÷100 kPa0÷250 kPa0÷0,6 MPa0÷1 MPa0÷1,6 MPa0÷2,5 MPa0÷6 MPa

Sygnał wyjściowy: 4÷20 mA lub 0÷10 V

Błąd podstawowy: 0,4%Zakres temperatur mierzonego medium:

-25 ÷ 95°C


9.2. Czujnik ciśnienia - pomiar różnicy ciśnień

Presostat RÓŻNICY CIŚNIEŃ

Presostat różnicy ciśnień znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie muszą być sygnalizowane zmiany normalnych różnic ciśnienia (nadciśnienia i podciśnienia). Rurki impulsowe przenoszą ciśnienia z punktów pomiarowych do presostatu. Element pomiarowy to sprężyste mieszki lubmembrany, których odkształcenie membrany powoduje styk elektryczny.Monitorowanie i sterowanie ciśnieniem różnicowym, monitorowanie przepływu, automatyczna kontrola stacji filtrów czy awarii wentylatorów.

Przykładowe zakresy ciśnień:

0–1 mbar 0-10 bar0–3 mbar 4-40 bar0–10 mbar 6-60 bar0–25 mbar

Błąd pomiaru: 0,08%Sygnał wyjściowy: 0-10 V

Automatyka WYKŁAD

48


9.3. Elektroniczny przetwornik ciśnienia

Łączy w sobie funkcje:

– czujnika ciśnienia, – presostatu, – przetwornika z możliwością wyjścia

przekaźnikowego.

Posiada wyświetlacz wielkości mierzonej i ręczny nastawnik wartości zadanej różnicy ciśnień.


10. Multisensor

Montowany na suficie pomieszczenia. W jednej obudowie znajdują się czujniki:

1. Obecności.2. Natężenie oświetlenia.3. Temperatury.

4. Stężenia CO2.5. Wykrywacz dymu.

Dodatkowo może zawierać prosty regulator oświetlenia elektrycznego załączanego w funkcji obecności i natężenia oświetlenia naturalnego.

Automatyka WYKŁAD

49


11. Przepływomierze

Do pomiaru strumienia przepływu cieczy:

– skrzydełkowe,– ultradźwiękowe.

W wykonaniu do wody zimnej i gorącej.

Do zastosowań w UAR konieczniez wyjściem sygnału pomiarowego:

– Impuls (np. 1 impuls = 10 dm3)– M-Bus (odczyt ciągły)– Lon lub inne

Nadajnikimpulsów


12. Liczniki ciepła (ciepłomierze)

Elementy składowe:

– przepływomierz z nadajnikiem impulsów– dwa czujniki temperatury.– integrator (przelicznik).

Do zastosowań w UARkoniecznie z wyjściemsygnału pomiarowego:

– Impuls (np. 1 impuls = 1 kWh)– M-Bus (odczyt ciągły energii,

mocy i różnicy temperatur)

– Lon lub inne

Automatyka WYKŁAD

50


13. Liczniki energii elektrycznej

Do pomiarów zużytej energii elektrycznej.

Dedykowane konstrukcje dla1×230V i 3×400V.

Do zastosowań w UARkoniecznie z wyjściemsygnału pomiarowego:

– Impuls (np. 1 impuls = 1 kWh)

– M-Bus (ciągły odczyt)– Lon lub inne


14. Termostaty

Termostaty mają bardzo szerokie zastosowanie w automatyzacji

systemów grzewczych, chłodnictwie i klimatyzacji jako regulatory temperatury o działaniu dwustawnym oraz urządzenia zabezpieczające przed nadmiernym wzrostem lub spadkiem

temperatury.

Termostat = czujnik temperatury + regulator

W termostatach najczęściej stosowane są czujniki rozszerzalnościowetemperatury: bimetalowe, prętowe czy membranowe.

Automatyka WYKŁAD

51


14.1. Termostaty zabezpieczające

Termostaty zabezpieczające stosowane są do:

• zabezpieczania kotłów przed nadmiernym wzrostem temperatury czynnika grzejnego (STW),

• ograniczania temperatury podgrzewanego medium instalacjach c.o. i c.w.u. w węzłach ciepłowniczych (STB)

• zabezpieczania nagrzewnicelektrycznych przed nadmiernymwzrostem temperatury,


14.2. Termostaty przeciwzamrożeniowe

Termostaty przeciwzamrożeniowe stosowane są do zabezpieczania przed zamrożeniem

nagrzewnic wodnych central wentylacyjnych oraz przewodów wypełnionych zamarzającącieczą.

Elementem pomiarowym jest kapilara o długości 2 do 6m, która rozpinana jest na powierzchni zabezpieczanej nagrzewnicy.

Przełączenie zestyku termostatu następuje, gdy temperatura dowolnego odcinka długości

30 cm lub dłuższej elementu pomiarowego spadnie poniżej wartości zadanej.

Termostaty posiadają nastawialny zakres temperatury oraz stałą strefę histerezy.

Termostat w zależności od wykonania, po ponownym wzroście temperatury może sam wrócić do stanu normalnego lub przywrócenie tego stanu musi być poprzedzone ręcznym odblokowaniem dźwigni kasującej (ręczny reset).

Automatyka WYKŁAD

52


14.3. Termostaty pomieszczeniowe

Termostaty pomieszczeniowe służą do sterowania:

• wentylokonwektorami, gdzie mogą załączać nagrzewnice elektryczne, otwierać lub zamykać zawory regulacyjne doprowadzające czynnik grzejny lub chłodniczy, zmieniać

obroty silnikównapędzających wentylatory,

• grzejnikami elektrycznymi,

• pracą gazowych urządzeń grzewczych


AUTOMATYKA

Wykład 5

Automatyka WYKŁAD

53


1. Elementy wykonawcze

Napędy wraz z elementami wykonawczymi tworzą zespoły wykonawcze. Służą one do automatycznej realizacji zadań regulacji, wykonywania czynności wynikających z rozkazów regulatora.

W technice najczęściej stosowanymi napędami są:

– SILNIKI pomp i wentylatorów

– SIŁOWNIKI zaworów, klap i przepustnic


2. Silniki pomp i wentylatorów

Silniki elektryczne zasilane napięciem 230V (zasilanie jednofazowe) lub 3x400V (zasilanie trójfazowe) o prędkościach obrotowych (1/min) i mocach dostosowanych do potrzeb.

Wyróżnia się:

1. Silniki ze stałą prędkością obrotową

2. Silniki ze stopniową zmianą prędkości obrotowej

3. Silniki z płynną zmianą prędkości obrotowej

Silniki elektryczne mogą być wyposażone w sygnalizator awarii (sygnał zwrotny DO)

lub/i sygnalizator stanu praca/stop (sygnał zwrotny DO).

Automatyka WYKŁAD

54


3. Siłowniki zaworów i klap

Służą do automatycznego (bezobsługowego) sterowania otwieraniem zaworów i klap. Realizują rozkazy regulatora.

M

Sygnałz regulatora

Ruchsiłownika


4. Siłowniki przepustnic

Służą do automatycznego (bezobsługowego) sterowania otwieraniem przepustnic. Realizująrozkazy regulatora.

M

Automatyka WYKŁAD

55


5. Rodzaje siłowników

W praktyce stosuje się:

1. Siłowniki elektryczne.

2. Siłowniki elektrohydrauliczne.

3. Siłowniki termoelektryczne.

4. Siłowniki elektromagnetyczne.

5. Siłowniki pneumatyczne.

6. Siłowniki regulatorów bezpośredniego działania.


5.1. Elektryczne siłowniki zaworów

• energia elektryczna przetwarzana jest na energię mechaniczną do napędzania elementu nastawczego

• trzpień siłownika napędzany jest silnikiem za pośrednictwem przekładni redukcyjnej zębatej o dużym przełożeniu

• silniki o stałej prędkości obrotowej z możliwością zmiany kierunku obrotu

Trzpień zaworu

Otwórz

Zamknij

Automatyka WYKŁAD

56



• Dla zapewnienia możliwości współpracy siłownika elektrycznego z zaworem regulacyjnym o określonej wartości skoku nominalnego, siłowniki KALIBRUJE sięza pomocą wyłączników krańcowych wyłączających silnik.

• Czas potrzebny do przemieszczenia trzpienia siłownika z jednego położenia krańcowego w drugie nazywany jest czasem przejścia siłownika.

• Kalibracja siłowników proporcjonalnych odbywa się na drodze elektrycznej przy pomocy zewnętrznych mierników elektrycznych lub przy pomocy odpowiedniego ustawienia mikroprzełączników (zworek) w układzie elektrycznym siłownika.

• Nowoczesne siłowniki posiadają funkcjęsamokalibracji, polegającą na tym, że po mechanicznym sprzężeniu siłownika z zaworem i podłączeniu zasilania siłownik sam przemieszcza się w skrajne położenia zaworu i dopasowuje wartośćsygnału do skoku zaworu. ZAWÓR REG.

STOP

STOP



Samson typ Sam

Automatyka WYKŁAD

57


5.2. Elektryczne siłowniki przepustnic

• Szczególnym przypadkiem siłowników elektrycznych są napędy przepustnic,w których element nastawczy wykonujeruch obrotowy zakresie 0 do 90°.


5.2. Elektryczne siłowniki przepustnic

Siłownik firmy BELIMO

Siłownik ze sprężynązwrotną firmy BELIMO

Automatyka WYKŁAD

58


5.3. Siłowniki elektrohydrauliczne

– łatwe realizowanie dużych sił

– powolny ruch elementu nastawczego– lżejsze od analogicznych elektrycznych


5.4. Siłowniki termoelektryczne

• Sprzężony z trzpieniem element zamykający zawór

zwiększa swoją objętość przez podgrzewanie przy pomocy grzałki elektrycznej (analogia do GZT).

• Wzrost temperatury powoduje przemieszczanie siętrzpienia siłownika i zamykanie zaworu. Wyłączenie zasilania elektrycznego powoduje ochładzanie

siłownika i otwieranie zaworu.

• Siłownik ma w zasadzie działanie dwustawne. Jednak ze względu na czas potrzebny do podgrzania i ponownego schłodzenia siłownika działanie to przyjmuje charakter quasiciągły.

• Zaletą siłownika jest prostota konstrukcji, niezawodność i niska cena.

• Siłowniki tego typu stosowane są do regulacji przepływu czynnika grzejnego (ziębniczego) w wentylokonwektorach (fancoilach) w układach wentylacji i klimatyzacji.

Automatyka WYKŁAD

59


5.5. Siłowniki elektromagnetyczne

• Po podaniu napięcia elektromagnes wciąga trzpień i ściska sprężynę. Zawór jest otwarty.

• Po zaniku napięcia sprężyna wypycha trzpień do dołu.Zawór jest zamknięty.

• Jest to zawór typu NC – normalnie zamknięty.

• Możliwy jest również odwrotny układ siłownika NO – normalnie otwarty, gdzie elektromagnes wypycha trzpień, a sprężyna go wciąga.

• Uwaga na uderzenie hydrauliczne!

SN

SP

RĘ

ZY

NA

MA

GN

ES


5.6. Siłowniki pneumatyczne

• Zasilane sprężonym powietrzem.

• Stosowane w strefach zagrożenia wybuchem – beziskrowe.

• Jednokierunkowe ze sprężyną zwrotną.

• Dwukierunkowe gdzie sprężone

powietrze podawane jest zarówno nad jak i pod tłok.

B

A

Automatyka WYKŁAD

60


6. Wyposażenie dodatkowe siłowników

• Funkcja bezpieczeństwa: sprężyna zamykająca lub otwierając siłownik w wypadku zaniku zasilania.

• Możliwość przełączanie ze sterowania automatycznego (AUTO) na sterowanie ręczne(MANUAL). Umożliwia przejęcie ręcznej kontroli nad siłownikiem bez konieczności wyłączania całego UAR. Funkcja wykorzystywana podczas prac serwisowych, np. dla odcięcia serwisowanego układu.

• Istnieją siłowniki z sygnałem zwrotnym osiągnięcia krańcowej pozycji lub awarii oraz z nadajnikiem aktualnej pozycji siłownika. Pozwala to weryfikować pracę siłownika i wykrywać stany awaryjne.

• Funkcja samokalibracji siłownika: automatyczne dostosowanie (ograniczenie) ruchu siłownika do danego elementu wykonawczego.

7. Sterowanie pracą siłownikówZe względu na sposób pracy i sygnał sterujący wyróżnia się:

– Siłowniki proporcjonalne sterowane sygnałem analogowym (A), płynnie ustawiające się w zadanym przez regulator położeniu od 0 do 100% otwarcia, proporcjonalnie do sygnału sterującego z regulatora.

– Siłowniki trójstawne sterowane dwoma sygnałami cyfrowymi (D1 i D2), realizujące jeden z trzech stanów: obrót w jedną (otwieraj), drugą stronę(zamykaj) i postój. Stopień otwarcia określany jest czasem trwania odpowiedniego sygnału sterującego D.


Dobierając siłownik należy zwrócić uwagę na:

1. Siłę wyjściową lub moment obrotowy [N]

2. Nominalny skok [mm] lub kąt obrotu [°]

3. Prędkość ruchu (czas przejścia) [sek]

oraz

4. sygnał sterujący z regulatora (A lub D)

5. napięcie zasilania (24 lub 230V)

6. połączenie z elementem wykonawczym

7. funkcje bezpieczeństwa

8. dopuszczalne warunki pracy

8. Dobór siłowników

Automatyka WYKŁAD

61


9. Zawory regulacyjne

• W skład zespołu wykonawczego wchodzi element wykonawczy zawór lub przepustnicaoraz napęd nazywany siłownikiem.

• Zadaniem zaworów regulacyjnych jest zmiana strumienia objętości w przyporządkowanym do niego obwodzie będącym obiektem regulacji, aby np. oddziaływać na moc cieplnąwymiennika.

• Zmiana strumienia wywoływana jest poprzez przymknięcie lub otwarcie zaworu. Ruch grzyba zaworu powoduje trzpień współpracujący z siłownikiem.

• Gniazdo zaworu i grzyb są z reguły wykonane z uszczelnieniem metal na metal. W technice instalacyjnej spotyka się zawory regulacyjne:

1. Przelotowe (jednodrogowe)2. Trójdrogowe (mieszające lub rozdzielające)

A

B

A+B A

B

A+B


9.1. Charakterystyka liniowa zaworu jednodrogowego

W wypadku liniowej przepływowej charakterystyki zaworu zależność między strumieniem objętości a skokiem jest określana równaniem:

Otwarciezaworu

Przepływ

• Jeżeli skok zaworu ulegnie zmianie, to dla punktów 1-2 procentowa zmiana strumienia objętości będzie większa niż dla punktów 3-4.

• Wynika z tego, że w dolnym zakresie skoku zmiana otwarcia zaworu powoduje większe zmiany strumienia. Jest to wadą zaworów o liniowej charakterystyce: zbyt duża reakcja w dolnym i zbyt duża czułość w górnym zakresie skoku.

• Tej wady nie wykazują zawory o charakterystyce stałoprocentowej, gdzie w całym zakresie skoku uzyskiwana jest stała zależność procentowej zmiany strumienia objętości.

Automatyka WYKŁAD

62


9.2. Charakterystyka stałoprocentowa zaworu

W wypadku liniowej przepływowej charakterystyki zaworu zależność między strumieniem objętości a skokiem jest określana równaniem:

Otwarciezaworu

Przepływ


9.3. Zawory regulacyjne przelotowe

KONSTRUKCJA

Grzyb jest zamykany przeciwnie do kierunku przepływu.

1 - dolna część korpusu,2 - korpus, 3 - element dławiący, 4 - pierścień gniazda, 5 - pokrywa korpusu,6 - trzpień, 7 - trzpień zaworu, 8 - nakrętka kołpakowa, 9 - pierścień kształtowany pod wpływem

ciśnienia,10 - pierścień teflonowy, 11 - pierścień podstawowy, 12 - nakrętka z otworem krzyżowym, 13 – sprężyna,14 - śruba dwustronna z nakrętkami

Automatyka WYKŁAD

63


9.4. Zawory regulacyjne trójdrogowe

Hydraulicznie zawór trójdrogowy jest złożeniem dwóch przeciwstawnie pracujących zaworów jednodrogowych.

=A

B

A+B

B

A A+B


9.4. Zawory regulacyjne trójdrogowe

Trójdrogowe zawory regulacyjne:– Mieszające– Rozdzielające

Cecha charakterystyczna:

Powierzchnia przekroju jest

zmieniana w dwóch gniazdach w

przeciwnych kierunkach.

ZRM ZRR

Automatyka WYKŁAD

64


9.5. Charakterystyki ZRT

• Jest to zależność strumienia objętości przepływających przez przekroje zaworu na przyłączach A i B oraz całkowitego strumienia objętości na przyłączu AB od skoku h trzpienia zaworu.

• Char. c) wykorzystywana jest szczególnie w wypadku regulacji instalacji ogrzewania wodnego (AB stałe).


10. Przepustnice regulacyjne

• Przepustnice regulacyjne lub nastawcze stosuje się w instalacjach powietrznych do

zmian ilości lub ciśnienia powietrza w zależności od zadanych wielkości np. temperatury.

• Są one jednoelementowe lub wieloelementowe, te zaś dzielą się na przepustnice

żaluzjowe ze współbieżnymi lub przeciwbieżnymi łopatkami.

Automatyka WYKŁAD

65


10.1. Zastosowanie przepustnic

1. Przepustnice zamykające do zewnętrznego powietrza i powietrza wywiewanego. Montowane na początku i końcu instalacji służą do zamykania i mają z tego względu pozycję zamknięty-otwarty.

2. Przepustnice dławiące do zmiany ilości powietrza powinny z reguły posiadaćprzeciwbieżne łopatki.

3. Przepustnice mieszające są stosowane w urządzeniach klimatyzacyjnych do mieszania powietrza recyrkulacyjnego z powietrzem zewnętrznym.

4. Przepustnice obejściowe powinny mieć opór przy otwarciu w przybliżeniu równy oporowi wymiennika ciepła, tak aby ilość powietrza pozostawała w przybliżeniu stała (zwężenie, duża prędkość).


11. Regulatory

• Regulator jest urządzeniem zapewniającym zgodność przebiegu procesu z przebiegiem pożądanym, czyli spełnienie podstawowego warunku regulacji.

• W regulatorze następuje porównanie chwilowej kontrolowanej wartości zmiennej „y” z wartością zadaną „w”.

• Odchyłka regulacji „e” (różnica między „w” i „y”) powoduje wytworzenie sygnału wyjściowego (sterującego) „u”, którego wartość zależy od wielkości, czasu trwania oraz szybkości zmian odchyłki „e”.

• Zadaniem sygnału sterującego „u” jest wywołanie zmian zmniejszających odchyłkęregulacji „e” do wielkości dopuszczalnej.

• Sygnał wyjściowy regulatora powinien mieć postać dogodną do uruchomienia właściwych urządzeń wykonawczych.

RegulatorCzłon

wykonawczyObiekt

regulacji

zakłócenia Z

uw

y

Człon pomiarowy

e

w

yu

w

yu

Automatyka WYKŁAD

66


12. Podział regulatorów

Klasyfikacja regulatorów w układach automatycznej regulacji może odbywać się według różnych kryteriów. Najpowszechniejsze to:

1. Według wielkości regulowanejjaka wielkość fizyczną lub proces jest regulowana.

2. Według energii pomocniczejwymaganej do pracy (napędu czy zasilania) regulatora.

3. Według zachowania się w czasie…


12.1. Podział według wielkości regulowanych

Podział i nazewnictwo przeprowadza się według wielkości fizycznej jaką dany regulator reguluje w danym układzie (utrzymuje na stałym poziomie lub w zadanych granicach, zmienia ją według zadanego programu lub dostosowuje do aktualnych potrzeb). Na tej podstawie wyróżnia się:

• regulatory temperatury (np. czynnika grzejnego)• regulatory wilgotności (np. powietrza nawiewanego)• regulatory ciśnienia (np. w przepompowni)

• regulatory ilości (np. strumienia masowego)• i inne

12.2. Podział według energii pomocniczejPodział i nazewnictwo przeprowadza się według rodzaju energii pomocniczej z zewnętrznego źródła jakiej dany regulator wymaga dla poprawnej pracy (zasilanie). Na tej podstawie wyróżnia się:

• regulatory bez energii pomocniczej (bezpośredniego działania)• regulatory elektryczne• regulatory cyfrowe (mikroprocesorowe)

• regulatory pneumatyczne• regulatory elektro-pneumatyczne

• i inne

Automatyka WYKŁAD

67


12.2. Podział według energii pomocniczej - przykłady

• REGULATOR CIŚNIENIA BEZPOSREDNIEGO DZIAŁANIA

• REGULATOR POZIOMU BEZPOSREDNIEGO DZIAŁANIA

• REGULATOR CYFROWY (MIKROPROCESOWROWY)

• REGULATOR PNEUMATYCZNY


12.3. Podział według zachowania się w czasie

Podział i nazewnictwo przeprowadza się według zachowania się w czasie regulatora. Czy funkcje regulacyjne są ciągłe czy nie.

Na tej podstawie wyróżnia się:• regulatory o działaniu nieciągłym

gdzie wielkość wyjściowa jest funkcja nieciągłą,

następuje tu przekaźnikowe przełączanie sygnału sterującego

do dwu lub kilku wartości (wyłączające, dwu- lub wielopołożeniowe)

• regulatory o działaniu ciągłymgdzie wielkości wyjściowa regulatora jest funkcja ciągłą

w z góry zadanym zakresie

P (proporcjonalne), PI (proporcjonalno-całkujące),

PID (proporcjonalno-całkująco-różniczkujące).

Czasowe zachowanie się regulatorów jest najważniejsze dla wyboru regulatora. Jest ono niezależne od rodzaju wielkości regulowanej i energii pomocniczej.

REGULATORY

trójstawnetrójstawne

dwustawnedwustawne

typu Ptypu P

typu PItypu PI

typu PIDtypu PID

O DZIAŁANIUCIĄGŁYM

O DZIAŁANIUCIĄGŁYM

O DZIAŁANIUNIECIĄGŁYMO DZIAŁANIUNIECIĄGŁYM

Automatyka WYKŁAD

68


13. Regulator o działaniu ciągłym

• Jest to regulator którego sygnały regulacyjne są funkcjami ciągłymi. Regulator działa (reguluje) w sposób ciągły w czasie.

• Sygnały regulacyjne mogą przybierać każdą wartość z obszaru ich zmienności (od minimum do maksimum, od 0 do 100% sygnału).

• Najczęściej stosowane w praktyce typy regulatorów ciągłych to: 1. regulator proporcjonalny P2. regulator proporcjonalno-całkujący PI

3. regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący PID

Proportional, Integration, Differentiation


13.1. Regulator typu P

• Sygnał wejściowy mnożony przez współczynnik wzmocnienia kp.

• Regulator posiada inercyjność o stałej czasowej T.• Charakterystyka skokowa regulatora typu P:

czas t

e(t)est

y(t)kp × est

T

Automatyka WYKŁAD

69


13.2. Regulator typu PI

• Czas zdwojenia Ti – czas po którym wielkość wyjściowa osiąga wartość dwa razy większą niż przyrost początkowy.

• Charakterystyka skokowa regulatora typu PI (P+I):

czas t

e(t)est

y(t)

kp × est

Ti

2kp × est


13.3. Regulator typu PID

• T – stała czasowa członu różniczkującego,

• Td – czas wyprzedzenia• Charakterystyka skokowa regulatora typu PID (PI+D):

czas t

e(t)est

Ti

kp × est

2kp × est

T

y(t)

Automatyka WYKŁAD

70


14. Nastawy regulatorów

• Wielkości kp, Ti i Td noszą nazwę NASTAW REGULATORA.

• Nastawy danego regulatora można nastawiać w pewnym przedziale wpływając na dynamiczne właściwości pracy regulatora.

• Zmieniając nastawy uzyskuje się różne przebiegi wielkości regulowanej dla jednego regulatora! Dostosowuje się go bez konieczności jego wymiany. Rozszerza to zakres jego stosowania i funkcjonalność.

• Zmieniając nastawy regulatora PID można uzyskać np. regulatory o mniej złożonej strukturze np. typu P (Td=0 i Ti=∞).

• Odpowiednio dobrane nastawy umożliwiają uzyskanie minimalnej wartości wybranego wskaźnika jakości regulacji.

• Istnieje cały dział nauki zajmujący się doborem i optymalizacją nastaw regulatorów w funkcji technicznej i ekonomicznej wydajności.


14.1. Dobór typu regulatora o działaniu ciągłym

• W literaturze istnieje wiele wytycznych dotyczących właściwego wyboru typu regulatora dla danego typu obiektu. Przykładowo:

PIPIObiekt opóźniający

PI, PIPIDObiekt inercyjny wyższego

rzędu

PI, PIPIDObiekt inercyjny z opóźnieniem

IPIObiekt inercyjny pierwszego

rzędu

IPIDObiekt całkujący

z inercją

IPIObiekt całkujący

Niedozwolonytyp regulatora

Dopuszczalnytyp regulatora

Zalecany typ regulatora

Obiekt regulowany

Automatyka WYKŁAD

71


15. Regulator o działaniu nieciągłym

• Jest to regulator, którego sygnały regulacyjne mogą przybierać tylko niektóre, wybrane wartości lub występują tylko w wybranych chwilach czasu.

• Przykładem regulatorów o działaniu nieciągłym są układy regulacji• dwustawnej (1/0)

• trójstawnej (1/0/-1)


15.1. Regulator dwustawny

• Sygnał wyjściowy „u” regulatora dwustawnego może przyjmować tylko dwie wartości: maksymalną i minimalną (np. załącz/wyłącz).

• Charakterystyka statyczna regulatora dwustawnego:

y=w y=w+ey=w-e

umax

umin

Automatyka WYKŁAD

72



• Przebieg wielkości regulowanej dwustawnie (temperatura)

t czas

Zał.

Wył.

t czas

Temp.

20

22

18



• Układy oparte na regulatorze dwustawnym cechują periodyczne zmiany wielkości

regulowanej, co jest ograniczeniem ich stosowania

(np. „falowanie” temperatury w pomieszczeniu).

• Regulatory te są prostej konstrukcji i są przez to tanie, co sprzyja ich

rozpowszechnieniu.

• Najczęściej stosowane są jako regulatory temperatury lub poziomu.

• W procesie regulacji wymagają podania wartości zadanej „w” i jej dopuszczalnej

odchyłki „e” (lub histerezy „H”).

• Nadają się do sterowania urządzeń dwustanowych: załącz/wyłącz

(np. pompy, nagrzewnice i grzejniki elektryczne).

Automatyka WYKŁAD

73


15.2. Regulator trójstawny

• Charakterystyka statyczna regulatora trójstawnego:

umax

umin

0

w

N - strefa nieczułościH - strefa histerezy

w - wartość zadana

Np. regulacja

temperatury z wykorzystaniemprocesu ogrzewania

i chłodzenia.


16. Regulatory cyfrowe

• Stanowią najliczniej stosowaną grupę regulatorów

w nowoczesnych UAR.

• Realizują dowolne procesy regulacji i sterowania.

• Wykorzystują technologię mikroprocesorową (procesor, pamięć, zegar, wejścia, wyjścia).

• Obsługują zarówno sygnały analogowe jak i cyfrowe poprzez dedykowane wejścia i wyjścia.

• Zawierają gotowe aplikacje regulacyjne lub są swobodnie

programowalne.

• Potrafią przeprowadzać procesy optymalizujące i adaptacyjne.

• Realizują liczne funkcje pomocnicze (archiwizacja danych, alarmowanie, praca w sieci, itp.).

Automatyka WYKŁAD

74


16.1. Budowa regulatora cyfrowego

Regulator cyfrowy zbudowany jest jak prosty komputer PC:

– Procesor (CPU)

– Pamięć RAM i ROM (EPROM)

– Zegar czasu rzeczywistego

– Interfejs wejść i wyjść cyfrowych

– Przetworniki wejść i wyjść analogowych

– Wyświetlacz

– KlawiaturaPULPITOPERATORSKI

(EKRAN I PRZYCISKI)

ZASILANIE I POŁĄCZENIASIECIOWE

ZACISKI WYJŚĆ SYGNAŁÓWCYFROWYCH I ANALOGOWYCH

ZACISKI WEJŚĆ SYGNAŁÓWCYFROWYCH I ANALOGOWYCH


16.2. Dobór regulatora cyfrowego

Należy uwzględnić kryteria zarówno techniczne jak i ekonomiczne.

Poprawnie dobrany do obiektu regulacji regulator powinien posiadać:

1. Odpowiednie właściwości statyczne i dynamiczne.

2. Możliwość przyłączenia niezbędnej ilości sygnałów wejściowych i wyjściowych I/O.

3. Możliwość realizacji wszystkich niezbędnych funkcji z zakresu regulacji i sterowania obiektu.

4. Dogodny sposób zabudowy i określone dopuszczalne parametry klimatu w otoczeniu regulatora.

5. Możliwość współpracy w sieci z innymi regulatorami.

6. Możliwość obsługi z panelu operatorskiego.

7. Niezawodność pracy i dostępny autoryzowany serwis.

Automatyka WYKŁAD

75


17. Przegląd regulatorów cyfrowych

Przyjmując jako kryterium podziału rodzaj oprogramowania regulatorów cyfrowych można

wyróżnić:

1. Regulatory fabrycznie zaprogramowane.

2. Regulatory z fabryczną biblioteką aplikacji.

3. Swobodnie programowalne regulatory kompaktowe.

4. Swobodnie programowalne regulatory rozszerzalne.

5. Swobodnie programowalne regulatory modułowe z modułami kasetowymi lub

rozproszonymi.


17.1. Program fabryczny

• fabrycznie zaprogramowany przez producenta do regulacji i sterowania wybranym obiektem

• zmiana algorytmów sterowania możliwa jest jedynie przez wymianę kości pamięci EPROM

• możliwość zmiany fabrycznie zaprogramowanych wartości liczbowych nastaw za pomocą klawiatury

• możliwość podglądu wielkości mierzonych i nastaw

Przykład:Regulator MMC 4601

firmy Satchwell

Automatyka WYKŁAD

76


17.2. Biblioteka konfiguracji

• ilość i stopień komplikacji stosowanych układów regulacji ograniczone są liczbątypowych aplikacji oraz ilością wejść i wyjść regulatora

• program aplikacyjny jest wybierany i dopasowywany przez zmianęparametrów podczas uruchamiania

• posiada do 100 zaprogramowanych przez producenta gotowych aplikacji

Przykład:Regulator S.C.-9100

firmy Johnson Controls


17.3. Regulatory swobodnie programowalne

Swobodnie programowalne regulatory cyfrowe (SPRC):

• wyposażone są w programowalną pamięć typu Flash EPROM(programy pracy można zapisywać w pamięci regulatora, odczytywać, zmieniać lub kasować),

• programowanie regulatorów odbywa się za pomocą urządzenia zewnętrznego (komputer i specjalistyczny program komputerowy),

• program regulatora może być w każdym momencie zmieniany i modyfikowany,• regulator dostarczany jest przez producenta z czystą pamięcią.

Rozróżnia się następujące grupy SPRC:1. KOMPAKTOWE: zawarte w jednej obudowie bez możliwości rozbudowy.

2. ROZSZERZALNE: zawarte w jednej obudowie z możliwością rozbudowy za pomocą typowych modułów funkcyjnych, np. dodatkowych wejść i wyjśćdołączanych do regulatora.

3. MODUŁOWE: złożone tylko i wyłącznie z modułów zestawianych i łączonych według potrzeb.

4. Z MODUŁAMI ROZPROSZONYMI: z możliwością rozbudowy poprzez podłączenie modułów odległych od regulatora bazowego.

Automatyka WYKŁAD

77


17.3.1. SPRC kompaktowe

• sterownik może być wyposażany w EPROM lub Flash-EPROM

• Flash-EPROM umożliwia bezpośrednie zaprogramowanie z komputera przy pomocy oprogramowania narzędziowego CARE (tworzenie konfiguracji w komputerze i wgrywanie do regulatora).

• dodatkowo istnieje biblioteka gotowych konfiguracji (swobodnie zamienialnych).

• panel operatora

Przykład:Regulator EXCEL 50

firmy Honeywell


17.3.2. SPRC rozszerzalne

Sterownik swobodnie programowalny, przeznaczony do sterowania systemów grzewczych i klimatyzacyjnych. W przypadku, gdy wymagana jest większa liczba wejść/wyjść można dołączyćdodatkowe moduły WE/WY lub inne.

Przykład:Regulator XENTA 302

firmy TAC

Automatyka WYKŁAD

78


17.3.3. SPRC modułowe

• Panel operatorski uzupełniany wymaganymi kasetowymi modułami funkcyjnymi

• Kasetowe moduły funkcyjne zestawiane są według potrzeb

• Moduły rozproszone na szynie DIN


17.4. Podsumowanie - regulatory cyfrowe

OBIEKT REGULACJI

OBIEKT REGULACJI OBIEKTREGULACJI

OBIEKT REGULACJI

REGULATORYKOMPAKTOWE

REGULATORY ROZSZERZALNE MODUŁY ROZPROSZONE

REGULATORYMODUŁOWE

OBIEKT REGULACJI

OBIEKTREGULACJI

OBIEKT

REGULACJI

OBIEKT

REGULACJI

Automatyka WYKŁAD

79


18. Przykładowy schemat wejść i wyjść regulatora

SygnałAO (0…100%)

SygnałDO (0/1)

SygnałAI (0…100%)

SygnałDI (0/1)


19. Szafa sterowniczo-zasilająca UAR

WNĘTRZE SZAFY STEROWNICZO-ZASILAJĄCEJDRZWI SZAFY STEROWNICZO-ZASILAJĄCEJ(WŁĄCZNIKI I LAMPKI)

Automatyka WYKŁAD

80


20. Praca regulatorów w sieci - przykłady

W obiektach mieszkalnychRegulatory mieszkaniowe

lub budynkowepołączone siecią komunikacyjną

W obiektach przemysłowychRegulatory obiektowe i oddalone

połączone siecią komunikacyjną

Regulacja, monitoring i pomiar.Zdalne zarządzanie z jednego miejsca.


20. Praca regulatorów w sieci

DDC

T

H

LC

MODEM

DDC

MODEM

T

LET

DDC

Lx

DDC

Lx

DDC

1. Wzajemna komunikacja regulatorów (peer to peer).2. Sieć obejmuje regulatory w danym obiekcie (budynku,

zakładzie lub innym) oraz odległe.3. Monitoring i obsługa przez stację operatorską. STACJA

OPERATORSKA Z DRUKARKAMI

REGULATORY

URZĄDZENIAPOLOWE

WSPÓLNA MAGISTRALA DANYCH

Automatyka WYKŁAD

81


21. Komputerowe systemy regulacji i nadzoru

REGULACJA I STEROWANIE

WIZUALIZACJA

PROGRAMYCZASOWE

ALARMY

ARCHIWIZACJAI TRENDY


AUTOMATYKA

Wykład 6

Automatyka WYKŁAD

82


1. Dobór elementów UAR - podsumowanie

Procedura doboru elementów UAR (skrót):

1. Rozpoznanie właściwości obiektu i urządzeń.

2. Określenie wymagań regulacji.

3. Dobór elementów pomiarowych (czujników).

4. Dobór elementów wykonawczych.

5. Zliczenie sygnałów I/O.

6. Dobór regulatora.

7. Montaż i okablowanie.

8. Oprogramowanie regulatora.

9. Praca regulatora w sieci.


2. AUTOMATYZACJA WĘZŁA CIEPŁ.

Wymiennik c.w.u.

I stopień

Wymiennik c.w.u.II stopień

Instalacjac.o.

Siećciepłownicza

c.w.u.cyrkulacja

PO

PC

ZRco

ZRcw

woda zimna

DO

DI

AO

AI

WEJŚCIA I WYJŚCIA REGULATORA

Wym

ien

nik

c.o

.

Automatyka WYKŁAD

83


2. AUTOMATYZACJA WĘZŁA CIEPŁ.

Instalacja c.o.:

1. Utrzymywanie temperatury na zasilaniu Tzas c.o. w funkcji temperatury zewnętrznej Te (według wykresu regulacyjnego).

2. Zabezpieczenie przed przekroczeniem dopuszczalnej Tzas.

3. Funkcja zakończenia sezonu grzewczego.

4. Funkcja osłabienia nocnego.

Układ przygotowania c.w.u.:

5. Utrzymywanie temperatury c.w.u. Tcwu

6. Sterowanie cyrkulacją.

Funkcje dodatkowe:

7. Priorytet c.w.u.

8. Programy czasowe dla instalacji c.o. i c.w.u. (kalendarz roczny, tygodniowy, dzienny).


REGULATOR CYFROWY

2.1. Regulacja pogodowa c.o.

1. Utrzymywanie temperatury na zasilaniu Tzas c.o. w funkcji temperatury zewnętrznej Te (według wykresu regulacyjnego).

RegulatorSiłownik

ZRcoWymiennik

c.o.

Czujnik t.zasil. Tzas

zakłócenia

Tzad

y

uTe eWykres

regulacyjnyCzujnik

t.zewn. Te

Tzas

Tzas

+20

-20 0 +20 Te

Tzas+90

Tzad

Te

Automatyka WYKŁAD

84


2.1. Regulacja pogodowa c.o.

Tzas °C

ZRco %100%

0%0°C

Tzad °C90°C

Te °C-20°C

czas

°C


2.2. Ograniczenie Tzas

2. Zabezpieczenie przed przekroczeniem dopuszczalnej Tzas.

Ograniczenie dolne: zabezpieczenie przed zamarzaniem wody w instalacji c.o., np. +10°C (zależnie od rozległości instalacji).Ograniczenie górne: zabezpieczenie ludzi (poparzenie) i instalacji c.o. (przewody z tworzyw sztucznych), np. +80°C.

Sposób działania:

Tzas °C

10°C

czas

80°C

Automatyka WYKŁAD

85


2.3. Zakończenie sezonu

3. Funkcja zakończenia sezonu grzewczego.

Wyłącz c.o.: gdy temperatura zewnętrzna wzrośnie powyżej progu wyłączenia c.o., np. +14°C (zależnie od obiektu).

Załącz c.o.: gdy temperatura zewnętrzna spadnie poniżej progu wyłączenia c.o. -histereza, np. +14-2°C (zależnie od obiektu).

Wyłączenie c.o. = zamknięcie ZRco i wyłączenie PO (z opóźnieniem).

14°C12°C

załączc.o.

wyłączc.o.

H = 2K

Te

Te

0/1


2.4. Osłabienie parametrów c.o.

4. Funkcja osłabienia nocnego.

Normalna praca c.o.: według krzywej grzewczej dla utrzymywania temperatury wewnętrznej na zadanym poziomie np. +20°C (zależnie od obiektu).

Osłabienie c.o.: utrzymywanie w budynku obniżonej temperatury na poziomie temperatury dyżurnej np. +13°C (zależnie od obiektu, uniknięcie kondensacji).

+20

-20 0 +20 Te

Tzas+90

Te

Dzień: Ti = 20°C

Noc:Ti = 13°C

83,04033

20202013

)TeTi(UA)TeTi(UA

QQ

d

n

dzień

noc ==+

+=

−⋅⋅

−⋅⋅=

Automatyka WYKŁAD

86


2.4. Osłabienie parametrów c.o.

Ti °C+20

+13

Qco

OSZCZĘDNOŚĆ

WYCHŁADZANIE ROZGRZEWANIEPODTRZYMANIE(+13°C)

PRACA(20°C)

PRACA(20°C)

100%

0%

83%

OGRZEWANIE DYŻURNE 7.00 PRACAPRACA 17.00


2.5. Regulacja Tcwu

5. Utrzymywanie temperatury c.w.u. Tcwu.

Temperatura zadana: +60°C regulacja stałowartościowa.Dezynfekcja układu: raz na dobę podgrzać c.w.u. do 70°C. Legionelle. Funkcja

realizowana w nocy (3.00-4.00 rano).

REGULATOR CYFROWY

RegulatorSiłownik ZRcwu

Wymiennik c.w.u

Czujnik Tcwu

zakłócenia

y

ueWartość

zadana Tcwu:60 lub 70°C(wg zegara)

Tcwu

Tcwu

Automatyka WYKŁAD

87


2.5. Regulacja Tcwu

Otwarcie siłownika ZRcwu %

Rozbiór c.w.u. dm3

Temperatura Tcwu °C(zadana +55°C)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00

Przykładowe dane z monitoringu pracy układu przygotowania c.w.u.:


C.O.

2.7. Priorytet c.w.u.

Przy dużych rozbiorach c.w.u. częściowe ograniczenie dostawy energii cieplnej do c.o. –przymknięcie ZRco – więcej energii cieplnej trafia do układu przygotowania c.w.u.

Stosowany w obiektach gdzie rozbiory c.w.u. są okresowe, duże i krótkotrwałe (np. koszary, umywalnie ośrodków sportowych).

Moczamówiona

Moczamówiona

C.W.U.C.W.U.

C.O.

Bez funkcji priorytetu c.w.u.czas

Q

czasZ funkcją priorytetu c.w.u.

Q

Automatyka WYKŁAD

88


3. AUTOMATYZACJA KOTŁOWNI

ZR2

Kocioł2 K2

ZR1

Kocioł1 K1

P1 P2

C.O. 1grzejnikowe

P4

ZR4

C.W.U.

P3

RK

DO

DI

AO

AI


RK


3. AUTOMATYZACJA KOTŁOWNI

Kotły:

1. Utrzymywanie temperatury na wyjściu kotłowni Tzas.2. Sterowanie kaskadowe pracą kotłów (modulacja mocy). 3. Realizowanie procedur zatrzymania i rozruchu kotłów.

Instalacje c.o.:4. Utrzymywanie temperatury na zasilaniu Tzco w funkcji temperatury zewnętrznej Te.

5. Zabezpieczenie przed przekroczeniem Tzco.6. Funkcja zakończenia sezonu grzewczego.

Układ przygotowania c.w.u.:7. Utrzymywanie temperatury c.w.u.8. Ładowanie zasobnika. Okresowa dezynfekcja.

Programy czasowe (kalendarz roczny, tygodniowy, dzienny).

Automatyka WYKŁAD

89


REGULATOR CYFROWY

3.1. Regulacja temperatury na zasilaniu Tzas

1. Utrzymywanie temperatury na wyjściu kotłowni Tzas (regulacja stałowartościowa).

RegulatorKocioł 1 i 2

(zał/wył)Obieg

kotłowy

Czujnik t.zasil. Tzas

zakłócenia

Tzad

y

ueTemperaturazadana 90°C

Tzas

Tzas


3.2. Kaskada kotłów. Przełączanie kotłów.

2. Sterowanie kaskadowe pracą kotłów (modulacja mocy).

Zapotrzebowanie ciepła zmienia się liniowo. Kotły pracują w trybie załącz/wyłącz (0/1). Kaskada: kocioł podstawowy i szczytowy.Co np. 100h pracy kotły zamieniają się funkcjami. Podstawowy stacje sięszczytowym i odwrotnie. Równomierna zużycie.

K1

K2

K1

0% 33% 66%

Q

Sygnał z regulatora

100%

K1 – kocioł podstawowyK2 – kocioł szczytowy

0%

Q

Sygnał z regulatora

K2

K1

K2

33% 66% 100%

K2 – kocioł podstawowyK1 – kocioł szczytowy

Zapotrzebowanieciepła

Automatyka WYKŁAD

90


3.8. Regulacja układu c.w.u.

8. Ładowanie zasobnika. Okresowa dezynfekcja.

Gdy Tcwu <55 załącz pompę ładującą P3. Dostawa ciepła do zasobnika. Gdy Tcwu = 60 wyłącz ładowanie (pompa stop).Dezynfekcja zasobnika c.w.u. przez podniesienie Tcwu do 70°C (w nocy).

60°C55°C

załączP3

wyłączP3

H = 5K

Tcwu

T °C

70

6055

czas

C.W.U.


4. AUTOAMTYZACJA CENTRALI KLIM.

Freon

WeW

WeN

ChFNgW AFFT

P2

P1

P3

ZRN

Pomie-szczenieklimaty-zowaneP

P

P

DO

DI

AO

AI


Automatyka WYKŁAD

91


4. AUTOAMTYZACJA CENTRALI KLIM.

Temperatura w pomieszczeniu:

1. Utrzymywanie temperatury na nawiewie Tn w funkcji temperatury wywiewu Tw(wykres regulacyjny).

2. Ograniczenie Tn (np. 14..26°C).

3. Priorytety recyrkulacji, chłodzenia i grzania.

Wentylatory:

4. Funkcja START / STOP (presostaty i przepustnice)

5. Monitorowanie awarii wentylatora (presostaty).

Funkcje dodatkowe:

6. Zabezpieczenie przeciwzamrożeniowe.

7. Sygnalizacja zbrudzenia filtra.

8. Sterowanie w wypadku zadymienia (wentylacja pożarowa).


3.3. Recyrkulacja, chłodzenie i grzanie powietrza naw.

3. Priorytety recyrkulacji, chłodzenia i grzania.

Priorytetowy jest odzysk ciepła i chłodu z powietrza wywiewanego poprzez recyrkulację (największa dopuszczalna, nie 100%). Następnie ogrzewanie lub chłodzenie powietrza nawiewanego (nagrzewnica wodna zimą, chłodnia latem).

Oszczędności na energii cieplnej i chłodniczej.

20°C Ti °C

RECYRKULACJA CHŁODU

CHŁODNICANAGRZEWNICA

RECYRKULACJA CIEPŁA

Automatyka WYKŁAD

92


4.4. Sterowanie pracą wentylatorów.

4. Funkcja START / STOP (presostaty i przepustnice)5. Monitorowanie awarii wentylatora (presostaty).

WN i WW wyposażone są w presostaty monitorujące spręż wentylatora (wykrywają różnicę P2 - P1). Brak sprężu = awaria wentylatora = zatrzymanie centrali.Procedura rozruchu wentylatorów (początkowy brak sprężu).

P

P1 P2

Praca: P1 < P2Stop lub awaria: P1 = P2


5. Dobór elementów UAR

1. Rozpoznanie obiektu i urządzeń.

2. Określenie wymagań regulacji.

3. Dobór czujników.

4. Dobór elementów wykonawczych.

5. Zliczenie sygnałów I/O.

6. Dobór regulatora.

7. Montaż i okablowanie.

8. Oprogramowanie regulatora.

9. Praca regulatora w sieci.

siećkomunikacyjna

wejściaAI oraz DI

AO oraz DOwyjścia

zasilanie24V AC

Automatyka WYKŁAD

93


5. Dobór regulatora

Centrala klimat.

KotłowniaWęzełI/O

DO

DI

AO

AI

2

0

2

4

6

0

3

4

3

5

3

2

Xenta 302

4

4

4

4

Excel 50

6

4

4

8

Wymagania obiektu/instalacji: Możliwości regulatorów:


KOMPUTER Z APLIKACJĄINŻYNIERSKĄ

6. Programowanie regulatora

1. Wybór i dostosowanie gotowego algorytmu regulacjilub przygotowanie nowego algorytmu na komputerze (dedykowana aplikacja inżynierska). REGULATOR

KABEL

2. Wczytanie programu do sterownika.

3. Uruchomienie algorytmu w regulatorze.

363w automatyka Wb.ppt)iko.pwr.wroc.pl/dopobrania/st_automatyka_Wb.pdfBlok podstawowy: we wn ętrzu...

Documents

Transcript of 363w automatyka Wb.ppt)iko.pwr.wroc.pl/dopobrania/st_automatyka_Wb.pdfBlok podstawowy: we wn ętrzu...