Podstawy Automatyki - Wyk ad 1 - pojecia podstawowe i ......Podstawy Automatyki Wykład 1 - pojęcia...

51
Podstawy Automatyki Wyklad 1 - pojęcia podstawowe i klasyfikacja ukladów automatyki dr inż. Jakub Możaryn Instytut Automatyki i Robotyki, Wydzial Mechatroniki PW Warszawa, 2019 dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Transcript of Podstawy Automatyki - Wyk ad 1 - pojecia podstawowe i ......Podstawy Automatyki Wykład 1 - pojęcia...

  • Podstawy Automatyki

    Wykład 1 - pojęcia podstawowe i klasyfikacja układów automatyki

    dr inż. Jakub Możaryn

    Instytut Automatyki i Robotyki, Wydział Mechatroniki PW

    Warszawa, 2019

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Wstęp

    Obecnie wiele urządzeń wyposażonych jest w mechanizm działania, któryogólnie nazywamy automatyką. Poczynając od sprzętu domowego jak że-lazko (termoregulator), pralka automatyczna (programator) aż do urządzeńo bardziej zaawansowanej technologii jak samolot (pilot automatyczny).

    Jednym z pierwszych regulatorów, który został opracowany przez człowiekai zastosowany w praktyce był regulator Watta do stabilizacji obrotów ma-szyny parowej (rok 1784). Od tego czasu automatyka rozwinęła się w na-ukę, a liczba jej aplikacji praktycznych stale rośnie. Rozwinęła się znaczącorównież jej teoria, która obecnie obejmuje m.in.

    teorię układów liniowych,

    teorię układów dyskretnych (logiczne układy automatyki),

    robotykę,

    teorię układów nieliniowych,

    sterowanie optymalne.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Program

    Dane dotyczące przedmiotów i prowadzących

    PODSTAWY AUTOMATYKI - dr inż. Jakub Możaryn, Semestr IV- wykład (30 godzin), Gmach Mechatroniki, p. 346, e-mail:[email protected], strona www: http://jakubmozaryn.esy.es

    PODSTAWY ROBOTYKI - prof. dr hab. inż. Mariusz Olszewski,Semestr V - wykład (15 godzin)

    LABORATORIUM PODSTAW AUTOMATYKI I ROBOTYKI - drinż. Jakub Możaryn, Semestr V - laboratorium (15 godzin)

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Program

    Informacje o zaliczeniu

    Wykład - 30 godzin

    Samodzielne zapoznanie z literaturą - 35 godzin

    Przygotowanie do egzaminu i obecność na egzaminie - 15 godzin

    Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest zdanie egzaminupisemnego.

    Są tylko 2 terminy zdawania egzaminu, w sesji letniej lubjesiennej. Egzamin składa się głównie z zadań, których sposóbrozwiązywania będzie omawiany na wykładzie.

    Na zajęciach podawane będą zadania do samodzielnego rozwiązaniai konsultacji z prowadzącym.

    Liczba punktów ECTS - 3

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Program

    Zasady punktacji egzaminu

    Sumaryczna liczba punktów: 45 pkt (30pkt z części ciągłej, 15pkt zczęści dyskretnej)

    Części – ciągła i dyskretna - liczone są oddzielnie.

    Minimalna liczba punktów na zaliczenie: 24 pkt (15pkt z częściciągłej, 9pkt z części dyskretnej).

    Obowiązuje zaliczenie obydwu części – ciągłej i dyskretnej.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Program

    Cele przedmiotu

    Nabycie umiejętności rozpoznawania i oceny problemów związanychz automatyzacją.

    Przyswojenie podstawowych pojęć automatyki procesów ciągłych,automatyki procesów dyskretnych, metod badania i określaniacharakteru elementów automatyki o działaniu ciągłym i o działaniudyskretnym.

    Rozumienie zasad funkcjonowania podstawowych układów regulacji ifunkcji elementów tworzących te układy.

    Poznanie wymagań stawianych układom regulacji i metodzapewnienia spełnienia tych wymagań.

    Nabycie umiejętności projektowania układów przełączających wróżnych technikach realizacyjnych i o różnych zasadach działania.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Program

    Tematyka wykładów - I: Automatyka procesów ciągłych

    Rodzaje procesów podlegających automatyzacji, pojęcia podstawowedotyczące techniki regulacji, sygnały w układach automatyki.

    Metody matematycznego opisu liniowych układów dynamicznych,zagadnienia linearyzacji.

    Podstawowe liniowe człony dynamiczne, połączenia elementarneczłonów, algebra schematów blokowych.

    Obiekty regulacji - metody identyfikacji.

    Regulatory PID.

    Wymagania stawiane układom regulacji - kryteria stabilności,dokładność statyczna, wskaźniki jakości dynamicznej.

    Dobór regulatorów i ich nastaw.

    Układy z elementami nieliniowymi.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Program

    Tematyka wykładów - II: Automatyka procesów dyskretnych

    Środki techniczne automatyzacji procesów dyskretnych.

    Podstawy matematyczne sterowania dyskretnego - algebra Boole’a,synteza i minimalizacja funkcji logicznych.

    Projektowanie układów kombinacyjnych - sieci bramkowe istykowo-przekaźnikowe, dynamika układów kombinacyjnych.

    Elementarne asynchroniczne i synchroniczne układy sekwencyjne.

    Projektowanie układów sekwencyjnych o programach liniowych irozgałęzionych, asynchronicznych i synchronicznych.

    Typowe układy o średniej skali integracji, układymikroprogramowalne.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Literatura

    Holejko, D., Kościelny, W.: Automatyka procesów ciągłych.Oficyna Wyd. PW, Warszawa 2012.

    Zieliński, C.: Podstawy Projektowania Układów Cyfrowych.Wydawnictwo Naukowe PWN, 2003

    Kościelny, W.: Podstawy automatyki – materiały do wykładudla studentów kierunku Inżynieria Biomedyczna.

    Żelazny, M.: Podstawy Automatyki. WNT, Warszawa 1976.

    Kościelny, W.: Podstawy automatyki, cz. II, Oficyna WydawniczaPW, Warszawa 1985

    Holejko D., Kościelny W., Niewczas W.: Zbiór zadań z podstawautomatyki. Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, 1985, wyd.VIII.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Procesy naturalne i technologiczne

    Procesy naturalne

    Fizyczne i chemiczne przemiany stanu materii dokonujące się bez udziałuczłowieka. Przykłady: zmiany pogody, ruch wody w rzekach, ruchytektoniczne, procesy chemiczne w organizmie człowieka (np. zmianypoziomu insuliny i glukozy).

    Procesy technologiczne

    Procesy realizowane przez człowieka za pomocą odpowiednich,zbudowanych przez niego urządzeń, w celu uzyskania zamierzonychzmian stanu materii. Przykład: zmiana temperatury na sali operacyjnej,zmiana poziomu wody w zbiornikach w instalacjach farmaceutycznych.

    W trakcie wykładu będą omawiane zagadnienia związane zprocesami technologicznymi.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Procesy technologiczne

    Procesy ciągłe

    Procesy, do opisu przebiegu których są wykorzystywane wielkości fizycznemogące przyjmować nieskończenie wiele różnych wartości

    Przykłady to: zmiany temperatury, ciśnienia, natężenia przepływu,gęstości, lepkości, wilgotności, długości, siły, prędkości, przyspieszenia,stosunku zawartości składników, napięcia i natężenia prądu.

    Procesy dyskretne (nieciągłe)

    Procesy, do opisu których są wykorzystywane wielkości fizyczne oskończonej liczbie różnych wartości.

    Szczególnym rodzajem procesów dyskretnych, które najliczniej występująw praktyce, są procesy binarne – procesy, do opisu którychwykorzystywane są wielkości dwustanowe (dwu-wartościowe, binarne).

    Przykłady to: montaż, dozowanie, pakowanie.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład procesu ciągłego - autoklaw

    Rysunek 1: Schemat autoklawu – urządzenia do sterylizacji np. instrumentówchirurgicznych, dentystycznych, laryngologicznych, środków farmaceutycznych,materiałów opatrunkowych i innych

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład procesu ciągłego - regulacja temperatury

    Rysunek 2: Przykład urządzenia do realizacji procesu ciągłego - regulacjatemperatury wsadu. Oznaczenia: Θ - temperatura w piecu, Θ0 - temperaturawymagana

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład procesu dyskretnego

    Rysunek 3: Przykład urządzenia do realizacji procesu dyskretnego - zginanieblach. Oznaczenia: A - mocowanie detalu, B - zgięcie wstępne, C - dogięcie.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Automatyka procesów dyskretnych - sterowanie wentylacją

    Rysunek 4: Sterowanie wentylacją.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Automatyka procesów dyskretnych - sterowanie wentylacją

    Rysunek 5: Sterowaniewentylacją.

    Przykład - sterowanie wentylacją

    Binarny sygnał wyjściowy y układusterującego wentylacją pomieszczenia{

    y = 0, silnik wentylatora nie pracuje,y = 1, silnik wentylatora pracuje.

    (1)jest wytwarzany na podstawie binarnychsygnałów wejściowych x1, x2 i x3 z roz-mieszczonych w tym pomieszczeniu przekaź-ników temperatury T o jednakowym proguprzełączania:{

    xi = 0 gdy T < Ti ,xi = 1 gdy T Ti

    (2)

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Automatyka procesów dyskretnych - sterowanie wentylacją

    Istnieją różne warianty zależności sygnału wyjściowego układu odsygnałów wejściowych – tablica.

    Nr stanu x1 x2 x3 y1 y2 y3 y40 0 0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 0 0 albo 1 0 albo 12 0 1 0 0 0 0 albo 1 0 albo 13 0 1 1 0 1 0 albo 1 14 1 0 0 0 0 0 albo 1 0 albo 15 1 0 1 0 1 0 albo 1 16 1 1 0 0 1 0 albo 1 17 1 1 1 1 1 1 1

    Tablice wartości (Tablice prawdy)

    Tablice wartości określają wartości sygnałów wyjściowych różnych warian-tów układu dla wszystkich kombinacji wartości sygnałów wejściowych.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład procesu ciągłego - pojęcia

    Sterowanie przebiegiem procesu wypieku, co w tym przypadku jest zada-niem pokazanej na rysunku osoby – operatora

    Sterowanie wykonywane bezpośrednio przez operatora nazywa się stero-waniem ręcznym.

    Całokształt wiedzy umożliwiającej sterowanie procesem to abstrakcyjnymodel procesu. Wykorzystanie do opisu stanu procesu odpowiednich wiel-kości fizycznych i reguł matematycznych pozwala na uzyskanie postacimodelu matematycznego procesu.

    Do kontroli przebiegu procesu mogą być wykorzystane odpowiednie przy-rządy pomiarowe (pomiar temperatury Θ) oraz odpowiednie urządzeniawykonawcze (zawór na przewodzie doprowadzającym medium).

    Sterowaniem nazywa się celowe oddziaływanie na dany proces, w sposóbzamierzony, mający doprowadzić do spełnienia określonego celu. Proces,na który wywiera się oddziaływanie sterujące, nazywa się obiektemsterowania.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Rozwój automatyki - rys historyczny

    Starożytność - zegar wodny (wodna klepsydra) Ktesibiosa zAleksandrii (III w. p.n.e.), maszyny Herona (I w. n.e.).

    Średniowiecze - Automatyczne lalki naśladujące ruch człowieka

    Rozwój przemysłu w XVIII w. - zapotrzebowanie na urządzenianapędowe do kopalń, warsztatów tkackich, zakładów obróbki metali idrewna - budowa silnika parowego (Iwan Połzunow, James Watt,XVIII w.), silnika spalinowego i silnika elektrycznego (XIX w.).

    Rozwój przemysłu w XIX w. - automatyczny warsztat tkacki (JosephJacquard, 1804 r.), automaty tokarskie, etc.

    Początek XX wieku - nowe metody organizacji produkcji, tzw. taśmaprodukcyjna (Henry Ford, ok. 1913 r.).

    II Wojna Światowa - metody projektowania układówautomatycznego sterowania i serwomechanizmów.

    XX wiek - projekt Manhattan, zimna wojna, misje kosmiczne.

    XIX wiek - przemysł 4.0, IoT.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Automatyka - stan obecny

    Szczególne znaczenie dla rozwoju współczesnej automatyki miało wyna-lezienie mikroprocesora i rozwój techniki komputerowej, informatyki,środków przekazywania i przetwarzania informacji oraz nowoczesnych me-tod pomiarowych. Stała się możliwa automatyzacja kompleksowa, czyliautomatyzacja złożonych procesów, ciągów technologicznych i zakładówprzemysłowych.

    Rysunek 6: Synoptyka monitora stacji operatorskiej komputerowego układusterowania blokiem reaktorów w instalacji petrochemicznej.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Pojęcia podstawowe, c.d.

    W układach automatyki mamy do czynienia z przesyłaniem sygnałów.

    Sygnał

    Abstrakcyjny model dowolnej mierzalnej wielkości zmieniającej się wczasie, generowanej przez zjawiska fizyczne lub systemy.

    W zależności od miejsca w procesie, sygnał może być sygnałem wej-ściowym, wyjściowym procesu, itd.

    biorąc pod uwagę naturę fizyczną sygnału, sygnał może być sygnałemnapięciowym, prądowym, ciśnieniowym, cyfrowym, itd.

    Zakłócenie

    Czynniki o charakterze przypadkowym, niezamierzonym,niekontrolowanym, utrudniające sterowanie nazywa się zakłóceniami.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Układ sterowania i układ regulacji

    Układ automatyki

    Zespół wzajemnie powiązanych elementów biorących udział w sterowaniuautomatycznym danego procesu (uporządkowany zgodnie z kierunkiemprzekazywania sygnałów).

    W układach automatyki wyróżnia się otwarty układ sterowania zwany teżukładem sterowania i zamknięty układ sterowania nazywany układemregulacji automatycznej lub układem regulacji

    Podstawowa różnica między tymi układami polega na tym, że układ regula-cji jest szczególnym przypadkiem układu sterowania - posiada sprzężeniezwrotne, tzn. występuje sprzężenie od wyjścia układu do sterownika.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Układ sterowania

    Rysunek 7: Układ sterowania (otwarty).

    Pytanie: jak ten schemat ma się do przedstawionego wcześniej układuregulacji temperatury?

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Układ sterowania - schemat blokowy

    Rysunek 8: Układ sterowania (otwarty)- schemat blokowy.

    Oznaczenia: y - wielkość regulowana, w - wartość zadana wielkości regu-lowanej, u - sygnał sterujący, z - sygnał zakłócający, U.S. - sterownik,O - obiekt regulacji (proces regulowany).

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Układ regulacji

    Rysunek 9: Układ regulacji (zamknięty).

    W warstwie obiektu znajdują się wszystkie elementy technologiczne zwią-zane z fizyczną realizacją obiektu takie jak elementy wykonawcze, siłowniki,przetworniki pomiarowe.

    W warstwie automatyki znajdują się wszystkie elementy niezbędne dorealizacji zadania regulacji n.p. regulator, generator wielkości zadanej.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Układ regulacji - schemat blokowy

    Rysunek 10: Układ regulacji (zamkniety)- schemat blokowy.

    Oznaczenia: y - wielkość regulowana, w - wartość zadana wielkości regulo-wanej, u - sygnał sterujący, z - sygnał zakłócający, e - odchyłka regulacji,U.S. - regulator, O - obiekt regulacji.

    Tor główny wskazuje zawsze zasadniczą wielkość wejściową układu (wtym przypadku w) i wielkość wyjściową y . Tor ten ilustruje zwykle przepływgłównego strumienia materiału lub energii w układzie.

    Tor sprzężenia zwrotnego służy do przekazywania informacji. Zapotrze-bowanie energetyczne tego toru jest zwykle pomijanie małe

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Struktura przyrządowa układu automatyki

    Występujące w układach automatycznego sterowania (regulacji)urządzenia można podzielić, ze względu na pełnione funkcje, na:

    obiekty sterowania (regulacji),

    urządzenia pomiarowe i diagnostyczne,

    urządzenia przetwarzające sygnały,

    urządzenia sygnalizacji i rejestracji,

    urządzenia generujące sygnały sterujące (w ukł. regulacji są toregulatory),

    urządzenia wykonawcze służące do wprowadzania zmian strumienimateriałów lub energii do obiektów regulacji pod wpływem sygnałówsterujących,

    osprzęt

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Struktura przyrządowa układu automatyki

    Rysunek 11: Schemat blokowy struktury przyrządowej układu automatycznejregulacji.

    Oznaczenia: y - wielkość regulowana, w (SP) – sygnał wielkości zadanej, e – sygnałodchyłki regulacji, u – sygnał sterujący (sygnał wyjściowy regulatora), ym (PV) –wielkość mierzona (wielkość regulowana przetworzona na sygnał standardowy), M –regulacja ręczna (Manual), A - regulacja automatyczna (Auto), L - wartość zadanalokalna, R – zdalna wartość zadana, ZW – zespół wykonawczy, PP – przetwornikpomiarowy

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Sygnały

    Sygnał

    Abstrakcyjny model dowolnej mierzalnej wielkości zmieniającej się wczasie, generowanej przez zjawiska fizyczne lub systemy. Sygnałcharakteryzują treści fizyczne oraz parametr informacji.

    Treść fizyczna

    Treść fizyczna sygnału określa rodzaj wielkości fizycznej jaką jest tensygnał, np. ciśnienie sprężonego powietrza.

    Parametr informacji

    Parametr informacji określa sposób przenoszenia informacji orazwartość sygnału lub zakres zmian, np. chwilowa wartość sygnałuciśnieniowego hydraulicznego - 1600 kPa.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Sygnały

    Sygnał analogowy

    Sygnał analogowy charakteryzuje się tym, że wartości wielkościsygnalizowanej są jednoznacznie i w sposób ciągły odwzorowywane nawartości parametru informacji. Sygnał może być ciągły i nieciągły.

    Sygnał dyskretny

    Sygnał dyskretny charakteryzuje się określoną liczbą dyskretnych wartościparametru informacji. Szczególnym przypadkiem sygnałów dyskretnych sąsygnały binarne.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Sygnały analogowe - ciągłe i zdyskretyzowane w czasie

    Rysunek 12: Przykładysygnałów analogowychzdyskretyzowanych w czasie.

    parametry:

    ϕ - wartość wielkości nośnej,y – wartość sygnału.

    a) - sygnał ciągły,b) - sygnał przerywany (parametrinformacyjny: wartość wielkościnośnej),c) - parametr informacyjny: amplitudaimpulsów,d) - parametr informacyjny: szerokośćimpulsów,e) - parametr informacyjny:przesunięcie fazowe impulsówwzględem chwil próbkowania

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Sygnały analogowe - standardy w układach automatyki

    Rysunek 13: Standardowe zakresy zmian sygnałów analogowych.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Klasyfikacja układów automatyki

    Podział ze względu na obiekt regulacji

    Ciągłe układy regulacji - obiekt regulacji jest procesem ciągłym,trwa cały czas, np. układ regulacji temperatury w budynku.

    Dyskretne układy regulacji - obiekt regulacji jest procesemdyskretnym, trwa w wyraźnie określonych momentach, np. zprzerwami, jak proces montażu elementów samochodu.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Klasyfikacja układów automatyki

    Podział ze względu na zadanie regulacji

    Układy stabilizujące - układy regulacji stałowartościowej gdziecelem jest zapewnienie stabilności układu zamkniętego. Częstododatkowo wymaga się aby oprócz stabilności błąd regulacji mieściłsię w dopuszczalnym przedziale, a przebiegi przejściowe układuposiadały pewne zadane własności. Przykład: układ regulacjiciśnienia w zbiorniku.

    Układy programowe - układy regulacji, w których przebieg wartościzadanej w czasie jest z góry określony. Przykład: proces regulacjitemperatury w piecu hartowniczym.

    Układy nadążne (serwomechanizmy) - układy regulacji, w którychsygnał zadany jest nieznaną funkcją czasu, zmieniającą się w trakcieprocesu regulacji. Przykład: układ sterujący baterią słonecznąśledzący położenie słońca.

    Układy ekstremalne - układy regulacji, których zadaniem jestutrzymywanie wielkości wyjściowej obiektu regulacji na wartościekstremalnej (minimum lub maksimum). Przykład: układ regulacjiczystości spalin w elektrociepłowniach.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Klasyfikacja układów automatyki

    Podział ze względu na sposób działania elementów układu

    Układy o działaniu ciągłym - wszystkie elementy układu działająw sposób ciągły w czasie i mogą przyjmować w sposób ciągływartości. W takim układzie wszystkie sygnały występują cały czas,bez przerwy i mogą przyjmować wszystkie wartości w normalnymprzedziale pracy. Przykładem układu regulacji ciągłej jest np. układregulacji poziomu wody w zbiorniku z regulatorem ciągłym typuPID. Układy takie potocznie są nazywane układami ciągłymi.

    Układy o działaniu dyskretnym - układy, w których jeden lubwięcej elementów działa w sposób dyskretny w czasie lub możeprzyjmować tylko niektóre wartości. Można wyróżnić w tej grupieukłady przekaźnikowe i układy impulsowe (z modulacją amplitudylub czasu trwania impulsu). Przykład układu przekaźnikowego:dwustanowy układ regulacji temperatury w żelazku, przykład układuimpulsowego: układ regulacji komputerowej. W pierwszymwymienionym przykładzie obiekt regulacji jest procesem ciągłym, aw drugim może być procesem ciągłym lub dyskretnym. Układy takiepotocznie są nazywane układami dyskretnymi.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Klasyfikacja układów automatyki

    Podział ze względu na liniowość elementów układu

    Układy liniowe - układy, w których występują tylko elementyliniowe, tzn. elementy opisane funkcjami jednorodnymi,spełniającymi zasadę superpozycji. Układy te są opisywanerównaniami różniczkowymi lub różnicowymi.

    Układy nieliniowe - układy, w których występuje jeden lub więcejelementów nieliniowych, tzn. element nie spełniający zasadysuperpozycji. Wówczas cały układ nie spełnia zasady superpozycji ijest układem nieliniowym.

    W istocie rzeczy w każdym układzie występują elementy nieliniowe.Jeżeli jednak można je w obszarze pracy z wystarczająco dobrym przy-bliżeniem przedstawić jako elementy liniowe to układ przybliżony możebyć układem liniowym.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Klasyfikacja układów automatyki

    Podział ze względu na rodzaj aparatury regulacyjnej

    Układ mechaniczny - układ automatyki jest układemmechanicznym, np. regulator Watta do stabilizacji obrotów maszynyparowej.

    Układ hydrauliczny - układ automatyki jest zrealizowany wtechnice hydraulicznej z olejem jako medium do przekazywaniasygnałów.

    Układ pneumatyczny - układ automatyki jest zrealizowany wtechnice pneumatycznej z powietrzem jako medium doprzekazywania sygnałów.

    Układ elektryczny - układ automatyki jest zrealizowany w techniceelektrycznej z sygnałem napięciowym lub prądowym jako medium doprzekazywania sygnałów.

    Układ komputerowy - układ automatyki jest zrealizowany woparciu o technikę mikroprocesorową, komputerową.

    Układ mieszany - układ automatyki jest zrealizowany w technicemieszanej np. elektrohydrauliczny

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Klasyfikacja układów automatyki

    Podział ze względu na liczbę wejść i wyjść

    Układ jednowymiarowy - układ o jednym sygnale wejściowym ijednym sygnale wyjściowym (SISO - ang. Single Input SingleOutput).

    Układ wielowymiarowy - układ o wielu sygnałach wejściowych iwielu sygnałach wyjściowych (MIMO - ang. Multiple Input MultipleOutput).

    Rysunek 14: Schemat blokowy układu wielowymiarowego.dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Rysunek techniczny układu automatyki

    Rysunek 15: Rysunek techniczny układu automatyki natężenia przepływu iogrzewania wody.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Rysunek techniczny układu automatyki

    W różnych krajach opracowano różne, aczkolwiek podobne standardy do-tyczące przygotowania rysunków technicznych układów automatyki.

    Standardy te są ujęte w normach europejskich, a w USA są zawarte wnormie ANSI/ISA-S5.1-1984.

    W układzie automatyki na rysunku występują 3 obwody automatyki ozna-czone numerami:

    101 - układ regulacji poziomu wody w zbiorniku,

    102 - układ regulacji temperatury wody,

    103 - układ regulacji natężenia wypływu wody ze zbiornika.

    Wykaz oznaczeń literowych:Pierwsza litera: T - temperatura, L - poziom, F - natężenie przepływu.Pozostałe litery: C - regulator, I - wskaźnik, R - rejestrator, T - przetwor-nik, V - zawór.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Rysunek techniczny układu automatyki

    LT-101 Czujnik i przetwornik sygnału poziomu wody w zbiorniku (4-20mA).

    LIC-101 Regulator układu regulacji poziomu wody w zbiorniku zewskazaniem (4-20 mA).

    LY-101 Przetwornik prądowego sygnału sterującego na sygnałpneumatyczny do siłownika (3-15 psi).

    LV-101 Zawór sterujący dopływem wody do zbiornika z elementemwykonawczym.

    TT-102 Czujnik i przetwornik temperatury, generuje prądowy sygnałpomiarowy (4-20 mA).

    TIC-102 Regulator układu regulacji temperatury w zbiorniku zewskazaniem (4-20 mA).

    TV-102 Zawór sterujący dopływem wody płynu grzewczego do zbiornika zelementem wykonawczym.

    FT-103 Czujnik i przetwornik natężenia przepływu wody (4-20 mA).

    FIC-103 Regulator układu regulacji natężenia przepływu wodywypływającej ze zbiornika (4-20 mA).

    FV-103 Zawór sterujący natężeniem przepływu wody.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład - nalewanie wody do szklanki

    Rysunek 16: Przykład układu regulacji procesu ciągłego - regulacja poziomuwody w zbiorniku (szklance).

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład - nalewanie wody do szklanki

    Rysunek 17: Przykład układuregulacji procesu ciągłego -regulacja poziomu wody wzbiorniku (szklance).

    CEL: Napełnienie szklanki dopołowy wodą.

    FUNKCJE:sensoryczne - wzrok, wagaszklanki,wykonawcze - ręka, kran,regulacyjne - mózg.

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład - autopilot w samochodach

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład - autopilot w samochodach

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład - autopilot w samochodach

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład - autopilot w samochodach

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład - autopilot w samochodach

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Przykład - zawody DARPA Challenge, USA

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Projektowanie układu regulacji

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

  • Podstawy Automatyki

    Wykład 1 - pojęcia podstawowe i klasyfikacja układów automatyki

    dr inż. Jakub Możaryn

    Instytut Automatyki i Robotyki, Wydział Mechatroniki PW

    Warszawa, 2019

    dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki