Urządzenia

obiektowe

automatyki

Na wstępnie chce zaznaczyć, że to co będę tutaj pisał są moimi rozmyśleniami popartymi
książkowymi i internetowymi publikacjami. Zaznaczam, że nie będzie tutaj napisane słowo słowo z
książki ale tak jak bym był na egzaminie i to co bym chciał powiedzieć. Nie będzie tutaj, żadnych
wzorów ani obrazków urządzeń bo na to nie ma czasu na egzaminie i na pewno nie będziemy nic
tam rysować (tak mi się wydaje).

START:

W automatyce potrzeba jest oddziaływania na proces technologiczny. Dlatego stosuje się

regulacje, która ma na to wpływ. Proces tech. Jest charakteryzowany przebiegiem wartości
chwilowych określonych jako wielkości wyjściowe. Muszą one być obserwowane, czyli mierzalne
bezpośrednio lub pośrednio. Wielkości wyjściowe procesu zależą od oddziaływań zewnętrznych
oraz jego właściwości fizycznych.

Wielkości oddziaływające z zewnątrz na proces mogą być sterujące lub zakłócające.

Zakłócenia są niezależne i w obiektach regulacji nie spotyka się układów z pomiarem zakłóceń.
W zamkniętym układzie regulacji jest uzależnienie wielkości wyjściowych obiektu od wielkości
sterujących. Aby w pełni oddziaływać na obiekt musimy znać jego związek matematyczny
pomiędzy wejściem a wyjściem. Znajomość modelu matematycznego potrzebna nam jest do
prawidłowej regulacji tym obiektem. W tym celu znajomość informacji o stanie parametrów
procesu (obiektu) jest konieczna aby w miarę możliwości sterować tym obiektem.

Do uzyskiwania pomiarów z procesu służą nam urządzania pomiarowe. Ich zadaniem jest

zapewnienie żądanej dokładności oraz przetworzenie sygnałów na postać dogodną do dalszej
obróbki i przysłania na odległość. Do uzyskania informacji służy czujnik. Czujnik to element
pomiarowy wrażliwy na interesujący nas parametr procesu. Przetwarza wielkość fizyczną na inna
wielkość dogodną do pomiaru. Tor pomiarowy składa się jeszcze z przetwornika, który przetwarza
sygnał na sygnał o zunifikowanym zakresie zmienności (np. 4mA – 20mA).

Podział czujników:

•

wyjście elektryczne, podział

◦

czynne – zmienia wielkość mierzoną na napięcie, prąd lub ładunek np. termopara.

◦

bierne – zmiana wielkości mierzonej na zmianę parametru obwodu elektrycznego R,L,C.
Np. termometr oporowy

•

wyjście nieelektrycznym – przetwarają wielkości fizyczne na siłę lub przesunięcie np.
manometr

Urządzenie tworzące tor pomiarowy mogą stanowić układ pomiarowy:

•

otwarty – wszystkie elementy połączone szeregowo, nie jest odporny na zakłócenia

•

zamknięty – ogranicza lub nawet całkowicie kompensuje uchyb zakłócenia

Właściwości statyczne określa zależność między sygnałem wejściowym a sygnałem

wyjściowym w stanie ustalonym. Pożądane jest aby ch-ka przetwarzania była liniowa w całym
zakresie użytkowania. Nieliniowości wynikają z zasady działania czujnika.

Właściwości dynamiczne elementów przetwarzających określa się za pomocą ch-k

czasowych lub częstotliwościowych. Charakterystka czasowa przedstawia odpowiedź elementu
przetwarzającego na wymuszenie skokowe. W tej ch-ce wyróżniamy parametry:

•

Tu – czas ustalania, przedział od chwili podania wymuszenia do chwili kiedy uzyska
odchylenie 5% od wartości ustalonej.

•

T0,5 czas połówkowy – przedział czasu od chwili podania wymuszenia do chwili kiedy
sygnał uzyska połowe wartości ustalonej.

•

Przeregulowanie k- stosunek maks wartości oscylacyjnej do wartości ustalonej

W układach pomiarowych sygnał z czujników może być zbyt niski/ mały do dalszego

przetwarzania. W tym celu stosuje się wzmacniacze pomiarowe, które wzmacniają sygnał.

Teraz same nudy bo rożnego rodzaju czujniki, nie wgłębiam się w zasadę działania.

1. Pomiar temperatury:

1. dylatacyjne

•

szklane termometry
◦

rtęciowy, zmiana objętości pod wpływem temperatury
Szklane termometry są niezawodne i

•

mechaniczne, wykorzystują zjawisko rozszerzalności ciepła metali, mają dużą
bezwładność, błąd 2-3%wyróżniamy
◦

bimetaliczne – dwa metale o różnej rozszerzalności cieplnej

◦

wydłużeniowe – złożeone z dwóch elementów np. pręt i rura wsadzona w
pręt, pod wpływem ciepła pręt wychodzi.

2. Manometryczne – przetwarzanie temperatury na ciśnienie

•

cieczowe – wyk. Objętościową rozszerzalność cieczy. Ciecz wypełniające
manometr, kapilarę i naczynko termomentryczne zwiększając swoją objętość
pod wpływem temp. zwiększa cięsnienie i rozprężanie rurki
manometrycznej. Źródłem błedów jest nieuwzględnienie zmian temperatury
otoczenia.

•

Gazowe – zbliżone do cieczowych, zbiornik wypełnia się azotem.

•

Parowe – wypełnione cieczami o dużej lotności.

3. Oporowe – wyk. Zależność oporności metali półprzewodników oraz innych metali

•

metalowe – wzrost oporności ze wzrostem temperatury

•

termistory – półprzewodnikowe rezystory odznaczające się tym, że
rezystancja silnie zmienia się w miarę wzrostu temperatury.

◦

NTC – o ujemnej temperaturowym wsp. rezystancji

◦

PTC - o dodatnim temperatorowym wsp. rezystancji

◦

CTR – o skokowej zmianie rezystancji

•

ceramiczne – podobne do termistorów PTC , są jednak bardziej czułe,
wytrzymałe na wielokrotne zmiany temperatury i mają stabilniejsze
charakterystyki.

4. Termoelektryczne

•

termoelementy – czujnik temp. który działanie związane jest ze zjawiskiem
termoelektrycznym. Zjawisko to polega na powstaniu w zamkniętym
obwodzie złożonym z dwóch różnych metali siły elektromotorycznej.

5. Optyczne

•

pirometry – polega na emitowaniu promieniowania cieplnego. Pomiar tego
promieniowania jest wykorzystywany w pirometrach do określenia
temperatury ciała.

2. Do pomiaru przepływu – wielkości mierzone w przemyśle przetwórczym i innym do

określenia natężenia przepływu matariału.
1. Wykorzystujące różnice ciśnień lokalnych

•

przepływomierze zwężkowe – lokalne przewężenie rurociągu powoduje lokalny
wzrost prędkości przepływu i spadek ciśnienia. Różnica ciśnien pomiędzy zwężką
jest proporcjonalna do ilości płynu przepływającego przez rurociąg.

•

Rurki pitota – mierzymy lokalną prędkość płynu.

•

Przepływomierz oporowy – płyn opływa ciało w nim zanurzone. Ciśnienie jakie
powstaje powoduje działanie siły, która jest proporcjonalna do przepływu.

3. Czyjniki położenia i przesunięcia – pomiar ten jest potrzebny do pomiarów w układach

mechanicznych jak obrabiarki, roboty przemysłowe czy zautomatyzowane linie wytwórcze
detali mechanicznych.
1. Wyjście ciągłe

◦

czujniki potencjometryczne

◦

czujniki indukcyjnościowe – przekształcenie sił na przesunięcie mchaniczne i
wykorzystaniu tego przesunięcia do zmiany indukcyjności elementów
obwodu elektrycznego.

◦

Czujniki transformatorowe

◦

resorwer

◦

selesyn

◦

induktosyn – podobna do resolwera

◦

pojemnościowe – podobne do potencjometrycznych, zmiana odległości od
okładzin.

1. Dyskretne – zaleta taka, że może współpracować z urządzeniem cyfrowym, bez

potrzeby użycia przetworników A/C. Druga zaleto to uzyskanie dużej dokładności
pomiaru.

◦

Tarcze kodowe – pomiar kątów

◦

linijka kodowa – pomiar przesunięć liniowych

1. Czujniki siły – pomiar siły za pomocą dowolnego elementu sprężystego i zastosowania

czyjnika połoczenia lub przesunięcia.

◦

Tensometryczne- oporowe – tensometr – zależność wygięcia od siły

◦

piezoelektryczne – polega na występowaniu na przeciwległych ściankach
niektórych kryształów ładunków elektrycznych o przeciwnym znaku pod
wpływem siły ściskającej ściany kryształu

◦

piezomagnetyczne -

1. Pomiar ciśnienia -

a) cieczowe – pomiar na zasadzie hydrostatyki, np. różnicowy (potocznie u-rurka)
b) hydrauliczne - opieras ię na prawie pascala
c) spręzyste – sprężyste odkształcenie czujnika pod wpływem działającego ciśnienia
d) elektryczne – zmianie własności elektrycznych czujnika pod wpływem ciśnienia

Do wskazywania wartości chwilowych montuje się różnego rodzaju wskaźniki i rejestratory.

Mierniki możemy zamontować bezpośrednio na obiekcie w miejscu gdzie występuje wielkość
mierzona lub w pobliżu pulpitu operatora procesu. Dzielą się na analogowe i cyfrowe.

Do sterowania obiektem służy regulator. Regulator może być analogowy o działaniu

ciągłym, o działaniu nieciągłym oraz system mikroprocesorowy.

Wszystkie charakteruzyją się tym, że obwody wejściowe są przystosowane bądź do

bezpośredniej współpracy z określonym czujnikiem pomiarowym bądź dowolnym urządzeniem
operującym standardami pośredniczącymi. Algorytm sterowania zawiera zwykle działanie PID lub
PI z możliwością doboru wartości nastaw regulatora. Wyjście regulatora przystosowane do
bezpośredniej współpracy z określonym zespołem wykonawczym.

(nad strukturą, obwodami wejściowymi, układami, równaniami, nie wnikam regulatora nie

wnikam)

W analogowym elektrycznym ciągłym sygnał wyjściowy ma charakter analogowy.
W analogowym elektrycznym nieciągłym sygnał wyjściowy może przyjmować tylko

wybrane wartości. W regulatorze dwupołożeniowym jest to wartość minimalna i maksymalna. W
trójpołożeniowym maksymalna dodatnia, maksymalna ujemna i wartość zerowa. \

Sterowniki mikroprocesorowe, dzielimi jako sekwencyjne gdzie mogą pełnić rolę załączania

i wyłączania elementów wykonawczych, oraz do stabilizacji wartości z jednego z mierzalnych
parametrów procsu na poziemie wartości zadaniej. Dzielimy na:

•

PLC

•

mikroprocesorowy regulatory PID

•

i jakieś inne śmieci, których Klimesz nie omawiał

Teraz o elementach wykonawczych:

Zadaniem elementu wykonawczego jest przetworzenie sygnału przychodzącego z

urządzenia generującego algorytm sterowania na odpowiedni dopływ energii do obiektu.
Wyróżniamy kilka urzadzen wykonawczych:

•

hydrauliczne – pracują w ośrodkach gdzie jest zagrożenie wybuchem

•

pneumatyczne - pracują w ośrodkach gdzie jest zagrożenie wybuchem

•

elektryczne

Wielkość jaka dopływa do zespołu wykonawczego może być sygnałem ciągłym lub

impulsowym. Zakres sygnałow ciągłych dla prądu (4 -20) a dla impulsowych +10V -10V.

W elektrycznych:

Ogólnie nazywamy to serwomotorem, inaczje jest to silnik elektryczny który

napędza element nastawczy. Musi mieć duży moment obrotowy i dobre właściwości dynamiczne.

Dzielimy:

•

silniki komutatorowe obcowzbudne – osobne obwody zasilania uzwojenia wirnika i
stojana. Może być sterowany napięciem wirnika lub stojana

•

silniki prądu przemiennego – w automatyce stosuje się indukcyjne i synchroniczne.
Indukcyjny to taki o wirującym polu magnetycznym stojana. W synchronicznych
moement napędowy powstaje w wyniku oddziaływania wirującego pola
megnetycznego stojana na magnes trwały wirnika.

•

Asynchroniczne silniki trójfazowe – ma na stojanie trzy uzwojenia fazowe,
uzwojenia zasilane są napięciami zmiennymi. W wyniku wirującego pola
magnetycznego w uzwojeniach wirnika indukują się prądy. Oddziaływanie pola
wirującego z indukowanymi prądami daje moment napędowy.

•

Asynchroniczne silniki dwufazowe – najczęściej stosowany w automatyce, zasilana
są dwoma napięciami zmiennymi.

•

Silniki jednofazowe –

•

silniki skokowe/krokowe

I to chyba by było na tyle. Ja by, tyle powiedział resztę improwizował. Jak ktoś się uczył na

Klimesza to sobie poradzi.

Uwagi przesyłać na

[e-mail]