ĆWICZENIA AUTOMATY- KOLO II

LO 4-Układy sterowania śrubą stałą

1) Funkcje zdalnego sterowania

PRZESTEROWANIE I ROZRUCH SILNIKA: Aby nastąpił rozruch silnika wykonujemy następujące czynności (podobnie podczas zmiany kierunku obrotów): --przesterownie silnika w żądanym kierunku NAPRZÓD lub WSTECZ, --Kontrola przesterownia silnika, --Podanie powietrza rozruchowego do cylindrów, --Ustawienie dawki rozruchowej paliwa, --Kontrola czasu trwania pojedynczego rozruchu i obrotów zapłonowych, --powtórzenie rozruchu w przypadku nieudanego rozruchu, --Zablokowanie możliwości dalszych rozruchów po przekroczeniu ustalonej liczby rozruchów nieudanych, --wytworzenie sygnału nieudanego rozruchu,--Przerwanie podawania powietrza po udanym rozruchu.

OBCIĄŻENIE SILNIKA:--jak poprzednio.

PRZEŁĄCZANIE STANOWISK STEROWANIA I ICH SYGNALIZACJA:-- Wytwarzanie sygnału żądania przełączenia sterowania na określone stanowisko, --wytworzenie sygnału o przejęciu sterowania, --Wytworzenie sygnału o aktualnie czynnym stanie sterowania, --Blokowanie nieczynnych stanowisk.

BLOKOWANIE CIĄGŁEJ PRACY SILNIKA W ZAKRESIE OBROTÓW KRYTYCZNYCH:--Przetrzymanie silnika na dolnym poziomie obrotów krytycznych, --Wytworzenie sygnału sterującego przejściem na górny poziom obrotów krytycznych, --Zadanie odwrotne do wyżej wymienionych przy redukowaniu obciążenia silnika.

FUNKCJE KONTROLNE: --Sygnalizacja stanów silnika i UZS, --Sygnalizacja alarmowa stanów awaryjnych.

Sytuacje alarmowe

Układ kontroluje czas podawania powietrza i gdy przekroczy wartość zadaną czasu przewidzianego na rozruch przestaje podawać powietrze. Także gdy silnik pracuje chwilę i gaśnie to układ podejmuje 3 kolejne próby (za każdym razem zwiększając ilość paliwa rozruchowego) a gdy dalej nie ma rozruchu to zgłaszany jest alarm.

2)Programowe obciążanie silnika

Założeniem programowego obciążenia silnika jest niedopuszczenie do przeciążenia termicznego i mechanicznego maszyny. Ponieważ najłatwiej jest przeciążyć momentem obrotowym konieczne jest sterowanie obrotami silnika. Należy także nie dopuścić do pracy silnika na zakresie obrotów krytycznych (obszar zakreskowany) gdyż grozi to wejściem w rezonans i zniszczeniem silnika (a nawet wyrwaniem z fundamentów). Może się zdążyć że są takie dwa zakresy. Prędkość ta musi być przekroczona skokowo. Czas T₁ konieczny jest do wejścia w termiczny reżim pracy i jest on nieregulowany. Czas T₂ powinien być większy od 30 min a jest to związane z naprężeniami termicznymi i dynamicznymi na silniku. Uruchomienie w czasie T₃ jest stosowany w sytuacjach awaryjnych z pominięciem obciążania programowego.

3)Funkcje układu bezpieczeństwa

WOLNE OBRACANIE: powinno być wykonane przed rozruchem silnika o ile jego postój trwał dłużej niż 30 minut. Podczas sterowania automatycznego wolne obracanie dokonuje się automatycznie w ramach cyklu rozruchowego, jeśli czas postoju przy sterowaniu automatycznym przekroczył 30 min. Przy sterowaniu ręcznym z CMK wolne obracanie uruchamia się ręcznie.

Układ bezpieczeństwa posiada oddzielne niż układ kontrolny czujniki pomiarowe, monitorujące wszystkie główne parametry pracy silnika. Te parametry to przede wszystkim: olej łożysk głównych (temp. i ciśnienie) , instalacja chłodząca (temp. i ciśnienie), układ wydechowy(temperatura). Może także śledzić szereg innych parametrów. Gdy wystąpi sytuacja awaryjna (np przeciążenie) to podejmowana jest decyzja np wyłączenie silnika. Sytuacje jakie mogą zaistnieć:-

SLOW DOWN- ograniczenie prędkości obrotowej (obciążenie silnika). W układach ze śrubą stałą ograniczenie obciążenia realizowane jest przez redukcję prędkości obrotowej silnika a w układach ze śrubą nastawną przez redukcję skoku śruby napędowej. Redukcję obciążenia powodują następujące parametry: --Niskie ciśnienie oleju łożysk głównych i łożyska oporowego, --Wysoka temperatura łożyska oporowego, --Wysoka temperatura powietrza doładowania, --Mgła olejowa w przestrzeni podtłokowej, -- Wysoka temperatura oleju (wody) chłodzącego tłoki, --Niskie ciśnienie oleju (wody) chłodzącej tłoki, --Wysoka temperatura wody chłodzącej cylindry, niskie ciśnienie, --Wysoka temperatura gazów wydechowych.

SHUT DOWN- zatrzymanie silnika głównego. Zatrzymanie pracy silnika może nastąpić w sytuacjach: --Przekroczenie prędkości obrotowej- zatrzymanie silnika następuje po przekroczeniu 110% obrotów nominalnych. -Niskie ciśnienie oleju łożysk głównych i oporowego jeżeli ciśnienie oleju smarowego spadnie poniżej wartości progowej (np.0,8MPa) zatrzymanie silnika. -Podobnie jest po przekroczeniu wysokiej temop łożyska oporowego, niskie ciśnienie oleju i innych zalecanych przez producenta bądź armatora.

. Dodatkowo stosuje się funkcję z podtrzymaniem czyli po zaistnieniu awarii należy potwierdzić parametr zatrzymujący (awarię).

4) Elementy stanowiska sterowania

Oprócz takich elementów jak manetki telegrafu ,regulatory prędkości obrotowej, obrotomierze, sterowanie sterami strumieniowymi, są także specjalne przyciski Emergency Run i Emergency Stop.

AWARYJNA PRACA (Emergency Run); służy do odłączenia układu bezpieczeństwa i programowalnego obciążenia silnika gdy zachodzi taka konieczność (sytuacja awaryjna). Po jego użyciu silnik nie może być zatrzymany przez układ zabezpieczający. Na ogół dotyczy odłączenia wszystkich układów bezpieczeństwa oprócz przekroczenia obrotów o 11% od wartości maxymalnej i rzadziej smarowania łożysk. Układ ten powinien być użyty tylko w przypadkach gdy wymaga tego bezpieczeństwo żeglugi. Nieodpowiednie użycie może doprowadzić do zniszczenia silnika.

AWARYJNY STOP (Emergency Stop): to przycisk pozwalający na zatrzymanie silnika w przypadku gdy zawiedzie układ sterowania a sytuacja wymaga zatrzymania, z ominięciem wszystkich modułów pośrednich (układów sterowania silnikiem). Naciśnięcie przycisku spowoduje podanie napięcia na cewkę odpowiedniego przekaźnika i odcięcie paliwa na pompach wtryskowych. Układ ten może być systemem samopodtrzymującym się i jego wyłączenie może nastąpić poprzez: --Ponowne wciśnięcie (awaryjny stop), --Wciśnięcie przycisku (awaryjna praca), .

LO5-SCHEMAT BLOKOWY UKŁADU STEROWANIA PROGRAMOWEGO; H= f(n): sterowanie programowalne zespołem napędowym polega na automatycznej realizacji związku funkcyjnego pomiędzy dwoma parametrami pracy zespołu, równolegle z utrzymaniem wartości zadanej prędkości statku lub mocy silnika. Programy wyznacza się bezpośrednio z charakterystyk napędowych stosując kryterium zużycia paliwa dla różnych prędkości statku lub na podstawie charakterystyk silnika, śruby, kadłuba z uwzględnieniem warunków max sprawności pracy zespołu napędowego.

SCHEMAT: 1-dźwignia sterująca, 2-pokrętło korekty programu, 3-regulator prędkości obrotowej, 4- mechanizm zmiany skoku.

Układ H= f(n) z ręczną korektą programu, zwykło to samo bez „2”.

K₁, K₂- krzywki, Z₁, Z₂- zadajniki pneumatyczne.

Przesunięcie dźwigni spowoduje zmianę wartości ciśnienia p₁ i p₂ na wyjściu zadajników co spowoduje zmianę zadanych wartości skoku śruby i prędkości obrotowej silnika poprzez układy nadążne.

SCHEMAT BLOKOWY UKŁADU STEROWANIA:

Y_i- sygnał o bieżącym stanie pracy zespołu napędowego, z- zakłócenia, h_z- zadana prędkość obrotowa, H_z- zadana wartość skoku śruby, X- sygnał zadany, V- pHdk statku.

FUNKCJE: --czasowe obciążenie silnika przy przejściach z jednego stanu pracy do drugiego, --zabezpieczenie silnika przed przeciążeniem, --praca w stanach awaryjnych, --zabezpieczenie przed pracą w zakresie obrotów krytycznych, --kontrola przebiegu rozruchu i zatrzymanie silnika.

JAKIE FUNKCJE POWINIEN REALIZOWAĆ UKŁAD STEROWANIA OPTYMALNEGO ZESPOŁEM NAPĘDOWYM ZE ŚRUBĄ NASTAWNĄ: Istotną zaletą jest zwiększone bezpieczeństwo jego stosowania, a funkcje jakie powinien realizować to: 1) Wyznaczanie optymalnych ( ze względu na max sprawność śruby i silnika) nastaw prędkości obrotowej silnika i skoku śruby w każdych warunkach pływania dla każdej prędkości. 2) Wyznaczanie punktu pracy silnika w polu charakterystyki i orzekanie o określonym stanie obciążenia. 3) Wyznaczanie godzinowego, jednostkowego i globalnego zużycia paliwa dla całego zakresu prędkości statku. 4) Wyznaczenie aktualnej charakterystyki napędowej. 5)Wyznaczenie max i min prędkości statku przy których występuje przeciążenie silnika z uwzględnieniem warunków pływania. 6) Wyznaczanie powyższych wielkości dla przewidywanych warunków pływania np. przy wzroście oporu o 20%

CZY MECHANIK MA MOŻLIWOŚĆ INGEROWANIA W NASTAWY PRZESYŁANE Z MOSTKA DO SILNIKA: Jeżeli nawigator chce przełączyć sterowanie na mostek musi najpierw wcisnąć przycisk MOSTEK, który wskazuje mechanikowi o jego zamiarach (zapala się w CMK). Mechanik powinien potwierdzić przekazanie sterowania.

Sytuacja odwrotna jest możliwa w każdej chwili, tj. mechanik może w każdym momencie zabrać sterowanie do CMK lub na stanowisko przysilnikowe bez pytania o zgodę nawigatora. Wymagają tego względy bezpieczeństwa pracy siłowni. Takie bezpośrednie zabieranie sterowania powinno mieć miejsce jedynie w sytuacjach awaryjnych.

JAKIE OGRANICZENIA WPROWADZA ZAŁĄCZENIE PRĄDNICY WAŁOWEJ: Zastosowanie prądnicy wałowej uniemożliwia zmianę prędkości obrotowej silnika w trakcie eksploatacji. Stałe obroty prądnicy utrzymuje regulator prędkości obrotowej silnika głównego napędzającego prądnicę wałową. Zmiany prędkości statku realizowane są jedynie poprzez zmianę skoku śruby- ale poza tym charakteryzuje wieloma zaletami: zmniejsza koszty zużycia paliwa, zastosowanie silników nienawrotnych, obniża koszty, zmniejsza poziom hałasu i drgań w maszynie. Koszty inwestycyjne przeważają jedynie na niekorzyść prądnic wałowych.

SYSTEM COMBINATOR: Pojęcie Combinator określa sprzężone jednoczesne sterowanie prędkością obrotową i skokiem śruby przy pomocy jednej dźwigni sterującej- sterowanie programowe H= f(n). Ten tryb pracy jest dostępny podczas sterowania z mostku oraz z CMK- dźwignia sterowania skokiem. W celu zapewnienia maksymalnej sprawności i optymalnych warunków pracy układu napędowego silnik- śruba nastawna realizowano sterowanie programowe H= f(n).

UKŁAD STEROWANIA: w systemie sterowania statkiem układ sterowania zespołem napędowym jest układem, który otrzymuje z układu nadrzędnego (człowiek, komputer) sygnał wartości zadanej Y₂ ,natomiast z czujników sygnały o bieżącym stanie pracy zespołu napędowego Y_i. Układ sterujący stanowi jednostka główna z zapisanym w jej pamięci programem sterowania oraz zestaw urządzeń umożliwiających połączenie jednostki z różnego rodzaju czujnikami, dźwigniami sterującymi itp. Układ sterujący w oparciu o uzyskane informacje (Y₂, ,Y_i) wypracowuje takie nastawy dla silnika i śruby aby z jednej strony spełnić wymagania jazdy z zadaną prędkością, z drugiej zaś strony, aby zadana prędkość utrzymana była przy pracy zespołu napędowego z maksymalną sprawnością.

UKŁADY LOGICZNE:

HYBRYDA: połączenie dwu lub więcej elementów zupełnie ze sobą nie związanych. UKŁAD HYBRYDOWY: połączenie układu cyfrowego z układem analogowym. SYGNAŁ ANALOGOWY: sygnał ciągły. SYGNAŁ LOGICZNY: zero-jedynkowy (binarny). UKŁAD LOGICZNY: działający w oparciu o sygnały logiczne czyli zero-jedynkowe. UKŁADY ANALOGOWY: działa w oparciu o sygnały ciągłe. SYGNAŁ CYFROWY: mają skończoną liczbę wartości np. logiczny (o/1- binarny).

ALGEBRA BOOL'A (ALGEBRA LOGIKI):-- dziedzina matematyki, w której określony został zbiór dwuelementowy B={0,1} oraz określone (zdefiniowane) zostały trzy operacje. A) NEGACJE: jednoargumentowa, B) SUMA LOGICZNA: zwana alternatywą, wieloargumentowa (2 lub więcej). C) ILOCZYN LOGICZNY: koniunkcja, wieloelementowa operacja, której wynikiem jest 1 gdy wszystkie elementy są jedynkami lub żaden element nie jest zerem. a+1=1, a+0=0 lub 1=a, a*0=0, a*1=1lub 0 =a, a*a =0, a*a*a...=0lub 1=a,

PRAWA: przemienność, łączność

PRAWA de MORGANA:

STABILNOŚĆ UKŁADU:

Układ jest stabilny gdy powraca do stanu równowagi po ustaniu działania czynnika wytrącającego go z tego stanu równowagi.

Zamknięty układ liniowy uważać będziemy za stabilny jeżeli po wytrąceniu z równowagi powraca on do stanu równowagi poprzedniej po ustaniu działania sygnału który go z tej równowagi wytrącił. Granicą stabilności są oscylacje stałe- nie rosnące.

Warunek stabilności- części rzeczywiste pierwiastków równania charakterystycznego są ujemne: R_eSk< 0. jeśli tak nie jest to stosujemy korektor. M(s)=a_nSⁿ + a_n-1 S^n-1+…+a₀=0.

Mianownika transmitacji zastępczej układ- czyli wielomian charakterystyczny układu.

KRYTERIA STABILNOŚCI:

1) KRYTERIUM HURWITZA: M(S)=a_nSⁿ + a_n-1 S^n-1+…+a₁S+a₀=0.

a) a_n>0, a_n-1>0, … a₀>0. wszystkie współczynniki równania charakterystycznego dodatnie (tego samego znaku).

ELEMENTY SKŁADAJĄCE SIĘ NA DOBÓR REGULATORA:

Wzmocnienie „K”,

element całkujący,

element różniczkujący.

2) KRYTERIUM NYQUISTA: sprawdzanie stabilności układu zamkniętego poprzez sprawdzenie charakterystyki amplitudowo- falowej: A) Badamy charakterystykę częstotliwościową układu otwartego. Układ zamknięty jest stabilny jeżeli charakterystyka amplitudowo fazowa układu otwartego przy poruszaniu się w kierunku rosnących częstotliwości zostawia punkt (-1, j0) po swojej lewej stronie (na zewnątrz).

ΔM- zapas stabilności modułu- odległość punktu przecięcia się charakterystyki układu otwartego z osią rzeczywistą do pkt -1

Δϕ- zapas stabilności fazy- kąt pomiędzy ujemną osią R_e a promieniem łączącym pkt przecięcia się charakterystyki z okręgiem ze środka układu. Zalecane: ΔM=>0.5, Δϕ: 30-45⁰

kiedy układ zamknięty jest niestabilny to zmieniamy nastawy regulatora lub dodajemy sprężenie zerujące do obiektu.

REGULACJA KASKADOWA: W niektórych przypadkach można dla określenia obiektu wybrać pewną wielkość wy pomocniczą, na którą wszelkie zakłócenia wpływają znacznie wcześniej niż na wielkość regulowaną. Wykorzystanie tej wielkości pomocniczej w regulacji pozwala regulatorowi odpowiednio wcześniej wpłynąć na wielkość nastawianą niż to byłoby możliwe do chwili gdy uwidoczni się wpływ tego zakłócenia wielk regulowaną, dlatego też wprowadza się regulację kaskadową.

Gł. Wielkości regul jest temperatura „V”, typowym zakłóceniem w tym przypadku jest zmiana napięć zasilającego U_Z ,jego zmiany (gdyby nie było regul pomoc R_P) dopiero po pewnym czasie uwidoczniłyby się w zmianach temp pieca. Dlatego też wykorzystuje się zmiany napięcia zasil pieca jako pomoc wielkość regul. V. W regulacji kaskadowej regulator R_P jest zwsze typu P (reg. proporcjonalnym), zaś R_g typu PI. R_g nie potrafi skompresować wpływu innych zakłóceń np. zmiany temp otoczenia.

WŁAŚNOŚCI REGULACJI KASKADOWEJ:

1) Możliwość kompensacji mierzalnych zakłóceń. 2) Linearyzacja charakterystyki statycznej obiektu. 3) Neutralizujące działanie na własn dynamiczne części obiektu.

Nastawy regulatora można dobrać na podstawie met skoku jednostek. Jeżeli na obiekcie zainstalowany jest regulator typu

PID ( G_PID(s)= k(1+ 1/St_i + St_d)) wyłącza się działanie całkujące (T_i= max lub nieskończoność) następnie zwiększając stopniowo współczynnik „k” określa się taką wart jego (krytyczną) przy którym ukł znajduje się na granicy stabilności oraz mierzy w tym stanie okres oscylacji.

AUTOPILOT: ZADANIA: stabilizacja kursu, stabilizacja trajektorii, zwroty ze stałym promieniem, zwroty ze stałą prędkością.

MYSZKOWANIE: działanie śruby, siły ssące na płytkowodziu.

WADY AUTOPILOTA: działanie prądu powoduje konieczność wprowadzania poprawek, skracanie po loksodromie (nie najkrótszą drogą), przy złej pogodzie przeciążenie maszyn sterowych. ZALETY: dobra pogoda- krótsza droga.

MASZYNA STEROWA: przełożenie 35⁰ LB- 35⁰PB 28sekund przy CN, szybkie zwroty, mała maszyna sterowa- lepsza stateczność.

STOSOWANE KRYTERIA JAKOŚCI DO OCENY UTRZYMANIA kadłuba pod odpowiednim kątem: 1) kryterium ekonomiczne: statek tak powinien być sterowany aby w danych warunkach płynąć jak najszybciej. 2) Dokładne sterowanie: statek powinien myszkować z możliwie najmniejszą amplitudą

Ze względu na duże zmiany parametrów obiektu (statku) parametry regulatora (autopilota) powinny być ciągle uaktualniane. Automatycznie nastawiane parametry uzyskuje się w regulatorach adaptacyjnych. Istnieją dwie grupy autopilotów adaptacyjnych:

--Z ADAPTACJA AUTONOMICZNĄ: adaptacja w tym układzie polega na minimalizacji funkcji f(e) =ke², a następnie po określeniu minimum, przestrajaniu współczynnika wzmocnienia w trze prędkości kątowej zwrotu statku.

-- Z ADAPTACJĄ NIEAUTONOMICZNĄ; ten rodzaj adaptacji polega na porównaniu wcześniej ustalonej jakości sterowania z jakością rzeczywistą uzyskaną w określonych warunkach zewnętrznych. W wyniku porównania zachodzi przestrajanie parametrów autopilota w celu uzyskania zadanej jakości sterowania.

-- ADAPTACJA UPROSZCZONA: polega ona na ręcznym wyborze nastaw autopilota- dla statku załadowanego lub pod balastem.

REGULATORY PNEUMATYCZNE:

Regulatorem w automatyce nazywamy aparat, który wytwarza sygnał sterujący procesem technologicznym.

W regulatorze następuje:--porównanie aktualnej wartości zmiennej kontrolowanej z wartością zadaną tej zmiennej (określenia wartości uchybu regulacji), --wytworzenie sygnału wyjściowego o wartości zależnej od wartości uchybu regulacji, czasu występowania uchybu i szybkości jego zmian. RYSUNEK-1

Sygnał wartości zadanej (porównywany z sygnałem wartości bieżącej) jest wytwarzany z reguły w regulatorze przez tzw. nadajnik wartości zadanej. Nadajnik ten jest częścią IZA. stacyjki sterowania ręcznego stanowiącej przeważnie wydzielony konstrukcyjnie zespół regulatora. W skład stacyjki sterowania ręcznego wchodzą: urządzenia do ręcznego sterowania obiektu, mierniki mierzące wartości, wielkości regulowanej, wartość zadaną, sygnał wyjściowy regulatora oraz przełączniki rodzaju pracy regulatora. Podstawowymi rodzajami pracy są: praca automatyczna i praca ręczna. Odpowiada im sterowanie obiektu sygnałem wyjściowym z regulatora (praca automatyczna) i z nadajnika sygnału sterowanego przez człowieka (praca ręczna).

JAKA FUNKCJE W URZĄDZENIACH PNEUMATYCZNYCH PEŁNI WZMACNIACZ MOCY ?

Wzmacniacz mocy stanowi swego rodzaju zawór trójdrożny, który łączy siłownik z przewodem zasilającym lub atmosferą. Zawór ten sterowany sygnałem ze wzmacniacza wstępnego odznacza się stosunkowo dużą średnicą gniazda i otworu upustowego. Umożliwia to szybkie zmiany ciśnienia wyjściowego wzmacniacza mocy. Sygnał wyjściowy tego wzmacniacza uruchamia bezpośrednio zespół wykonawczy. Wzmacniacz mocy charakteryzuje się dużym natężeniem przepływu powietrza, zapewniającym w krótkim czasie uzyskanie wymaganego ciśnienia w linii pneumatycznej i siłowniku. Grzybek zaworu ma kształt kuli, stożka lub talerza; do jego napędu stosowane są mieszki sprężyste lub membrany --> [Author:AG] . RYSUNEK

Rys. A Zasada działania: dwa mieszki sprężyste: wejściowy (1) i wyjściowy (2), ruchoma przegroda (3), grzybki w postaci kuli (4) sztywno połączonych.

W stanach ustalonych dopływ do mieszka wyjściowego oraz odpływ powietrza do atmosfery jest praktycznie odcięty. W stanach przejściowych otwarty jest albo dopływ powietrza zasilającego albo odpływ do atmosfery. Wzmacniacze tego typu pracują bez ciągłego poboru powietrza. Zmiana ciśnienia wejściowego P₁ powoduje zmianę położenia przegrody, co pociąga za sobą otwarcie jednego z dwóch gniazd zaworu i w konsekwencji zmianę ciśnienia P₂ w mieszku wyjściowym. Zmiana ciśnienia P₂ trwa aż do momentu zrównania się sił działających z obu stron przegrody. Siły te powstają w wyniku działania ciśnień powietrza i ugięcia elementów sprężystych (mieszki, sprężyna). Przy niewielkich przemieszczeniach przegrody zmiany siły od elementów sprężystych są współmiernie małe w porównaniu z siłami pochodzącymi od ciśnień. W takim przypadku równanie statyczne wzmacniacza ma postać:

gdzie: Δp - zmiany ciśnień wejściowych i wyjściowych,

A - czynne powierzchnie mieszków wejściowych i wyjściowych.

Z zależności tej wynika współczynnik wzmocnienia

i zwykle wynosi od 1 do 20.

OPISAĆ ZASADĘ DZIAŁANIA BLOKU WZMACNIACZY DYSZA - PRZESŁONA ORAZ WZMACNIACZ MOCY.

Wzmacniacz przesłonowy (dysza - przesłona) składa się z dwóch oporów pneumatycznych, stałego 1 i zmiennego 2, połączonych szeregowo za pośrednictwem komory przejściowej 3. Opór 1 ma postać przewężenia o stałym przekroju A₁. Pole przekroju A₂ oporu zmiennego 2 zależy od położenia przesłony 4. Powietrze zasilające o stałym ciśnieniu p_o przepływa przez otwór stały do komory przejściowej a następnie przez opór zmienny do ośrodka o ciśnieniu p₂ (najczęściej do atmosfery). Suma spadków ciśnień na oporach 1 i 2 ( Δp₁+Δp₂=Δp) ma wartość stałą i równą Δp=p_o-p₂. Zmiana wartości poru zmiennego 2 powoduję zmianę spadku ciśnienia na tym oporze z wartości Δp₂ do na Δp₂'. W ślad za tym następuje zmiana wartości na Δp₁' tak aby spełnić zależność Δp₁'+Δp₂'=Δp=const. Przez zmianę oporu 2 zmienia się ciśnienie p₁ ciśnienie to jest sygnałem wyjściowym wzmacniacza, natomiast przesunięcie przesłony x spełnia rolę sygnału wejściowego. W regulatorach pneumatycznych wzmacniacz typu dysza-przesłona spełnia zwykle rolę wzmacniacza wstępnego z którego sygnał wyjściowy przekazywany jest do wzmacniacza mocy. Sygnał wyjściowy tego wzmacniacza uruchamia bezpośrednio zespół wykonawczy. Wzmacniacz mocy charakteryzuje się dużym natężenia przepływu powietrza zapewniającym w krótkim czasie uzyskanie wymaganego ciśnienia w linii pneumatycznej i siłowniku.

CO NAZYWAMY OPOREM PNEUMATYCZNYM, POJEMNOŚCIĄ, INDUKCYJNOŚCIĄ PNEUMATYCZNĄ ?

Oporem (rezystorem) pneumatycznym jest dowolny element przepływowy, który wywołuje trwały spadek ciśnienia przepływającego powietrza. Charakteryzuje go oporność pneumatyczna R, będąca współczynnikiem proporcjonalności między spadkiem ciśnienia Δp i masowym natężeniem przepływu Q_m.

--> [Author:AG]

Jednostka pochodna „om płynowy” 1Ω_p = 10⁸ [
]

Opory mogą być:

1. liniowe, b) nieliniowe.

Ad. a) oporność nie zależy od natężenia przepływu a zależność Δp= f(Q_m) jest równaniem linii prostej. Opory liniowe maja postać kapilar o długości l przynajmniej 10-razy większej od średnicy wewnętrznej d,
w których panuje przepływ laminarny

Ad. b) oporność jest funkcją natężenia przepływu, a zależność Δp=f(Q_m) przedstawia równanie linii wykładniowej. Oporami nieliniowymi są wszystkiego rodzaju przewężenia, w których zazwyczaj występuje przepływ burzliwy, dlatego też czasami opory te nazywa się oporami turbulentnymi. Należą tu kryzy, dysze zawory, krótkie kanały połączeniowe itp.

Pojemnością pneumatyczna charakteryzują się wszelkiego rodzaju komory jak: zbiorniki, przewody rurowe. Objętość ich jest stała (komory sztywne) lub zmienia się proporcjonalność od działającego ciśnienia (komory elastyczne). Pojemność pneumatyczna C odgrywa rolę współczynnika proporcjonalności między masowym natężeniem przepływu powietrza Q_m i prędkością zmian ciśnienia w komorze dp/dt.

Q_m=C dp/dt

C = Q_m/(dp/dt)

[C] = kg/s (m²s)/N = kgm²/Ns = ms²

jednostka pochodna „farad płynowy” 1Fp = 10^-8 [ms²]

Indukcyjność pneumatyczna. Wpływ bezwładności poruszającego się powietrza na spadek ciśnienia występuje przede wszystkim w liniach pneumatycznych o znacznych długościach lub szybkich zmianach natężenia przepływu. Wpływ ten zależy od współczynnika L zwanego indukcyjnością (inertancją) pneumatyczną zdefiniowaną jako: L=Δp/(dQ_m/dt)

[L] = (Ns²)/m²kg = 1/m

Jednostka pochodna „henr płynowy” 1Hp = 10⁸ [1/m].

OPISAĆ METODĘ DOBORU NASTAW REGULATORA.

Metody: dobór nastaw z wykorzystaniem danych tabelarycznych

1. dobór nastaw z wykorzystaniem charakterystyk skokowych

2. metoda Zieglera-Nicholsa.

Ad. a) decydujący wpływ na nastawy ma stosunek
, gdzie T₀ - czas opóźnienia, T_z - stała czasowa zastępcza. Stosunek ten wyznaczony jest z transmitancji G₀(s). Wyznaczone z tablic optymalne nastawy regulatorów odbiegają od wartości najlepszych w układzie rzeczywistym. Te ostatnie musiałyby ulegać zmianom zależnie od zmian charakterystyki obiektów. Zalecane nastawy podają więc orientacyjne wartości i w jakim kierunku należy zmieniać nastawy by uzyskać pożądane przebiegi.

Ad. b) Stosując metody oparte na pomiarze charakterystyk skokowych zakłada się, że obiekt można uważać za obiekt inercyjny z opóźnieniem. Dla takiego obiektu określa się na podstawie charakterystyki skokowej podstawowe parametry a następnie z tabel dobiera się wartości nastaw regulatora.

Ad. c) Ustawiamy działanie regulatora na działanie P. Dla PI uzyskujemy to przez nastawienie długiego czasu zdwojenia T_i a dla PID dodatkowo możliwie krótkiego czasu wyprzedzenia T_d, po czym zwiększamy współczynnik wzmocnienia k_p aż do granicy stabilności (drgań słabo tłumionych). Wyznaczamy wówczas okres drgań T_kr i

tego typu regulatora jest prosta i zwarta budowa, niska cena i duża niezawodność działania. Jednak zakres ich stosowania ogranicza się do regulacji stałowartościowej o małej wartości.

Regulatory te działają na ogół w sposób proporcjonalny.

Regulator ciśnienia 1- grzybek zaworu dwugniazdowego

2- membrana regulatora ,3- sprężyna nastawnika wartości zadanej

Wzrost ciśnienia powoduje przymykanie zaworu , zwiększenie dławienia i w konsekwencji obniżenie ciśnienia za zaworem. Organem wykonawczym jest zawór dwugniazdowy. Grzybek połączony jest sztywno z membraną. Regulowane ciśnienie doprowadzone jest pod membraną - wytwarza ono siłę działającą do góry. Siła od sprężyny jest skierowana przeciwnie . Grzybek zaworu ustala się w położeniu, w którym siły te równoważą się. Zmieniając nakrętką naciąg sprężyny zmieniamy wartość ciśnienia , przy którym nastąpi równowaga( zmieniamy więc wartość zadaną).

Regulator poziomu Najprostszym regulatorem poziomu jest regulator pływakowy. Jest on stosowany do utrzymywania stałej wartości poziomu cieczy w zbiornikach otwartych i ciśnieniowych . Czujnikiem w tych regulatorach jest pływak umieszczony bezpośrednio w zbiorniku lub w specjalnej komorze pływakowej. W zbiornikach ciśniemiowych z reguły są stosowane komory pływakowe. (RYSUNEK):

OPIS - Ruch pływaka 1 zamieniany jest na obrót wałka 3 i za jego pośrednictwem przekazywany na dźwignię 2. Przesunięcie dźwigni 2 przenoszone jest przez cięgło 4 na dźwignię 5 przestawiającą zawór 6 . Przejście wałka 3 przez ściankę komory pływakowej uszczelnione jest dławnicą ,układ może więc działać przy istnieniu nadciśnienia w zbiorniku. Wartość zadana poziomu jest określana przez miejsce zainstalowania komory pływakowej i oczywiście nie może być zmienna bez jego przebudowy. Regulator poziomu jest regulatorem proporcjonalnym a zakres proporcjonalności można zmieniać przez zmianę miejsca zamontowania cięgła 4 . Dokładność działania regulatora poziomu zajeży od sił oporu jakie muszą być pokonane przy przestawieniu zaworu, tzn. od sił działających na grzybek zaworu oraz od sił tarcia występujących na wszystkich przegubach oraz w zaworze. Jeżeli bowiem na pływak nie działają siły zewnętrzne to jego zanurzenie jest stałe a położenie odpowiada poziomowi w zbiorniku.

Regulator temperatury Regulator temp. Bezpośredniego działania jest przeznaczony do pracy w urządzeniach grzejnych , np.: w wymiennikach ciepła (RYSUNEK)

Czujnikiem jest termometr manometryczny. Spirala termometryczna 1 ,mieszek przegrzania 2 ,kapilara 3 ,i mieszek wykonawczy 4 wypełnione są cieczą manometryczną. Spirala termometryczna zanurzona jest w czynniku ,którego temperatura jest regulowana . Temperatura cieczy manometrycznej jest więc taka sama jak w obiekcie regulowanym. Pod wpływem zmian temp. Zmienia się objętość cieczy manometrycznej. Zmieniając swoją objętość ciecz manometryczna działa na mieszek wykonawczy 4 i powoduje zmianę położenia grzybka zaworu. Zmniejsza się lub zwiększa wskutek tego strumień przepływającego czynnika grzewczego, zapewniając tym samym rządaną wartość temperatury.

Rysunek

Do sprawdzenia jednostka oporu.

---