„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Adrian Mikołajczak
Dobieranie układów sterowania i regulacji
311[46].O2.05
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inŜ. Zbigniew Eliasz
mgr inŜ. Roman Grobelny
Opracowanie redakcyjne:
mgr inŜ. Adrian Mikołajczak
Konsultacja:
mgr inŜ. Ryszard Dolata
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[46].O2.05
,,Dobieranie układów sterowania i regulacji”, zawartego w modułowym programie nauczania
dla zawodu technik automatyk sterowania ruchem kolejowym.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1.
Wprowadzenie
3
2.
Wymagania wstępne
5
3.
Cele kształcenia
6
4.
Materiał nauczania
7
4.1. Właściwości układów regulacji automatycznej
7
4.1.1. Materiał nauczania
7
4.1.2. Pytania sprawdzające
12
4.1.3. Ćwiczenia
13
4.1.4. Sprawdzian postępów
15
4.2. Przetworniki pomiarowe
16
4.2.1. Materiał nauczania
16
4.2.2. Pytania sprawdzające
18
4.2.3. Ćwiczenia
19
4.2.4. Sprawdzian postępów
21
4.3. Rodzaje regulatorów
22
4.3.1. Materiał nauczania
22
4.3.2. Pytania sprawdzające
28
4.3.3. Ćwiczenia
28
4.3.4. Sprawdzian postępów
31
4.4 Bezpieczeństwo w układach automatyki
32
4.4.1. Materiał nauczania
32
4.4.2. Pytania sprawdzające
34
4.4.3. Ćwiczenia
34
4.4.4. Sprawdzian postępów
36
5.
Sprawdzian osiągnięć
37
6. Literatura
42
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy na temat dobierania układów
sterowania i regulacji oraz ukształtowaniu umiejętności z zakresu testowania róŜnych typów
regulatorów przemysłowych.
W poradniku zamieszczono:
−
wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,
−
cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,
−
materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do osiągnięcia załoŜonych celów
kształcenia i ukształtowania umiejętności zawartych w jednostce modułowej,
−
zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy jesteś juŜ przygotowany do wykonywania
ć
wiczeń,
−
ć
wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne; w przypadku pytań i ćwiczeń, których rozwiązanie sprawia
Ci trudności, zwracaj się o pomoc do nauczyciela,
−
sprawdziany postępów, czyli zestawy pytań, na które naleŜy odpowiedzieć dla
samooceny,
−
test osiągnięć, przykładowy zestaw zadań: pozytywny wynik testu potwierdzi, Ŝe dobrze
pracowałeś podczas zajęć i ukształtowałeś umiejętności z tej jednostki modułowej,
−
literaturę, do której naleŜy sięgać dla pogłębienia wiedzy i przygotowania się do zajęć.
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie realizacji zajęć w pracowni musisz przestrzegać regulaminu, stosować się do
przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji wynikających z rodzaju
wykonywanych prac.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych
311[46].O2
Obwody elektryczne i układy elektroniczne
311[46].O2.01
Wykonywanie pomiarów w obwodach
prądu stałego
311[46].O2.02
Wykonywanie pomiarów w obwodach
prądu przemiennego
311[46].O2.03
Wykonywanie pomiarów
w układach analogowych
311[46].O2.04
Wykonywanie pomiarów
w układach cyfrowych
311[46].O2.05
Dobieranie układów
sterowania i regulacji
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
korzystać z róŜnych źródeł informacji,
−
współpracować w grupie,
−
uczestniczyć w dyskusji, prezentacji,
−
przestrzegać zasad bezpieczeństwa i higieny pracy podczas zajęć w pracowni,
−
stosować prawa i zaleŜności matematyczne opisujące współzaleŜności między
wielkościami fizycznymi,
−
stosować róŜne metody i środki (symbole, rysunki, zdjęcia itp.) w posługiwaniu się
zagadnieniami technicznymi,
−
wyjaśniać działanie prostych układów elektrycznych i elektronicznych na podstawie ich
schematów,
−
łączyć układy elektryczne i elektroniczne zgodnie ze schematem,
−
obsługiwać komputer.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
opisać schemat blokowy układu automatycznej regulacji,
−
scharakteryzować układ regulacji otwarty,
−
scharakteryzować układ regulacji zamknięty,
−
scharakteryzować i określić właściwości podstawowych członów układu regulacji,
−
określić zasady działania i stosowania przetworników pomiarowych,
−
opisać pracę układów z regulatorami P, PI, PD, PID,
−
zastosować regulatory dwu- i trójstawne,
−
zastosować zabezpieczenia w układach automatyki.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Właściwości układów regulacji automatycznej
4.1.1. Materiał nauczania
Sterowaniem nazywa się oddziaływanie na dany obiekt, w sposób zamierzony, mający
doprowadzić do spełnienia określonego celu. Sterowanie dzielimy na:
−
ręczne
−
realizowane przez człowieka z ewentualnym pomocniczym udziałem urządzeń,
−
automatyczne
−
realizowane przez urządzenia bez bezpośredniego udziału człowieka.
RozróŜniamy dwa podstawowe układy sterowania:
−
układ otwarty – urządzenie sterujące nie otrzymuje informacji o aktualnej wartości
wielkości sterowanej (rys. 1),
−
układ zamknięty – urządzenie sterujące otrzymuje informację o aktualnej wartości
wielkości sterowanej, to znaczy obiekt oddziaływuje na urządzenie sterujące (rys. 2).
Rys. 1. Układ otwarty sterowania: x – wielkość sterująca,
y – wielkość sterowana, z – zakłócenie [opracowanie własne]
Rys. 2. Układ zamknięty sterowania – regulacja: x – wielkość sterująca,
y – wielkość regulowana, z – zakłócenie [opracowanie własne]
Obiekt, na który wywiera się oddziaływanie sterujące, nazywa się obiektem sterowanym.
Urządzeniem sterującym jest ta część układu sterowania, która przez element wykonawczy
oddziaływuje na obiekt sterowania. W skład urządzenia sterującego wchodzą urządzenia
wejścia (na przykład łączniki, przyciski, czujniki), człony realizujące funkcje logiczne
i urządzenia wyjścia (przekaźniki, styczniki, tranzystory mocy, tyrystory, zawory).
Czynniki
o
charakterze
przypadkowym,
niezamierzonym,
niekontrolowanym,
utrudniające sterowanie, nazywa się zakłóceniami.
Regulacja jest to sterowanie ze sprzęŜeniem zwrotnym. SprzęŜeniem zwrotnym
określamy oddziaływanie wsteczne (zwrotne) wielkości regulowanej na wielkość regulującą,
które powinno być tak dobrane, by przeciwdziałało zmianom wielkości regulowanej
(na przykład pod wpływem zwiększenia temperatury urządzenie sterujące zmniejsza dopływ
energii, co powoduje zmniejszenie temperatury). Taki sposób oddziaływania nazywamy
ujemnym sprzęŜeniem zwrotnym; jest charakterystyczne dla wszelkich układów regulacji.
Urządzenie
sterujące
Obiekt
z
x
y
Urządzenie
sterujące
Obiekt
z
x
y
kierunek przepływu informacji
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
KaŜdy układ regulacji automatycznej moŜna przedstawić za pomocą schematu
blokowego. Buduje się go po wydzieleniu poszczególnych elementów lub podzespołów
składowych układu i narysowaniu ich w postaci odrębnych bloków połączonych ze sobą
zgodnie ze spełnianymi zadaniami. Oddziaływanie jednych podzespołów lub elementów
układu na drugie jest przedstawione na schemacie blokowym przez odpowiednie połączenia
bloków i podanie za pomocą strzałek kierunku przepływu sygnałów. Bloki rysuje się
w postaci prostokątów umieszczając wewnątrz dodatkowe informacje dotyczące ich
właściwości (na przykład zaleŜności matematyczne lub charakterystyki graficzne). NaleŜy
pamiętać, Ŝe podział na bloki nie musi odpowiadać podziałowi na urządzenia!.
Podstawowymi elementami układu regulacji są obiekt regulacji oraz regulator (rys. 3).
Rys. 3. Ogólny schemat blokowy układu regulacji [opracowanie własne]
Regulatorem nazywamy urządzenie, którego zadaniem jest porównanie wartości
rzeczywistej z wartością zadaną i wytworzenie sygnału oddziałującego na obiekt w taki
sposób, aby róŜnicę między wartością rzeczywistą a wartością zadaną sprowadzić do zera
(w praktyce często zadajnik wartości zadanej jest częścią regulatora).
Wielkości wejściowe obiektu są to wielkości fizyczne (informacje), za pomocą których
otoczenie oddziaływuje na obiekt, natomiast wielkości wyjściowe obiektu są to wielkości, za
pomocą których obiekt oddziaływuje na otoczenie lub są to informacje o przebiegu procesów
zachodzących w obiekcie (rys. 4).
Rys. 4. Obiekt sterowany [opracowanie własne]
Gdy w układzie występuje dodawanie lub odejmowanie sygnałów trzeba na schemacie
blokowym umieszczać węzły sumujące. Zaznacza się na nich za pomocą znaków (+) i (-)
w jaki sposób otrzymuje się sygnał wyjściowy z tego węzła, będący algebraiczną sumą
sygnałów dochodzących do niego (rys. 5).
Rys. 5. Węzeł sumujący (
y
x
0
−
=
ε
) [opracowanie własne]
JeŜeli dany sygnał działa na więcej bloków niŜ jeden, umieszcza się na schemacie
blokowym węzeł informacyjny. Charakteryzuje się on tym, Ŝe kaŜdy sygnał wyjściowy jest
równy sygnałowi wejściowemu (rys. 6).
we
wy
Obiekt
Regulator
Obiekt
z
x
-
+
x
0
±
ε
y
y
x
0
ε
+
-
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
Rys. 6. Węzeł informacyjny [opracowanie własne]
Porównując schemat z rysunku 3 oraz schemat z rysunku 7 moŜna dodatkowo wyodrębnić:
−
urządzenie pomiarowe, które mierzy wartość wielkości regulowanej. Wielkość wyjściowa
z tego urządzenia stanowi dla układu regulacji informację, jaka jest wartość rzeczywista,
czyli wartość wielkości regulowanej w danej chwili. Urządzenie pomiarowe składa się
z czujnika pomiarowego mierzącego wielkość podlegającą regulacji (np. temperaturę)
oraz z przetwornika pomiarowego przetwarzającego informację z czujnika na wielkość
fizyczną dogodną do wykorzystania w układzie regulacji. Szczegółowe informacje
dotyczące przetworników pomiarowych zawarto w rozdziale 4.2.
−
urządzenie wykonawcze, za pośrednictwem którego regulator oddziaływuje na przebieg
procesu technologicznego (na przykład: zawory, silniki, zasuwy, pompy, siłowniki,
elektromagnesy).
Rys. 7. Szczegółowy schemat blokowy układu regulacji [opracowanie własne]
Sygnałem nazywamy przebieg dowolnej wielkości fizycznej występującej w procesie
regulacji. Podstawowe sygnały występujące w układach regulacji to: sygnał regulowany
y, sygnał wartości zadanej x
0
, sygnał uchybu (błędu) ε oraz sygnał sterujący (nastawiający)
x, a takŜe sygnał zakłócający z. Uchyb ε jest to róŜnica między zadaną a rzeczywistą aktualną
wartością regulowaną. Uchyb (błąd) regulacji oznacza się takŜe literą e.
W zaleŜności od postaci sygnałów występujących w układzie regulacji moŜna wyróŜnić
sygnały:
−
analogowe, które przyjmują dowolną wartość z zakresu ograniczonego górną i dolną
wartością graniczną. KaŜda wartość sygnału analogowego oznacza konkretną informację,
−
cyfrowe, które przedstawiają stany poszczególnych elementów oraz oddziaływują na
człony realizujące określone funkcje logiczne.
W zaleŜności od sposobu przetwarzania i wykorzystania sygnałów rozróŜnia się układy
sterowania:
−
sekwencyjnego, w którym poszczególne czynności sterujące odbywają się krok po kroku,
przy czym przejście do następnego uzaleŜnione jest od realizacji poprzedniego
(lub upłynięcia określonego czasu),
Urządzenie
wykonawcze
Obiekt
z
x
Regulator
-
+
±
ε
Urządzenie
pomiarowe
y
Zadajnik x
o
y
y
y
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
−
kombinacyjnego, w którym sygnał sterujący powstaje z powiązania logicznego kilku
sygnałów.
Człon jest to najmniejsza komórka, którą moŜna opisać właściwą dla niej funkcją
przejścia (od jednego do drugiego stanu ustalonego). Z członów budujemy elementy.
Podstawowymi członami układu regulacji są odpowiedzi uzyskano podając na wejście
wymuszenie standardowe w postaci skoku jednostkowego przy zerowych warunkach
początkowych, rys. 8:
Rys. 8. Skok jednostkowy: a) wykres, b) postać analityczna [opracowanie własne]
−
Człon proporcjonalny (rys. 9). Wielkość wyjściowa przyjmuje wartość proporcjonalną do
wielkości wejściowej. Człon charakteryzuje się bezinercyjnością (stała czasowa
0
T
=
)
oraz brakiem opóźnienia (
0
T
o
=
).
Rys. 9. Człon proporcjonalny: a) odpowiedź skokowa,
b) oznaczenie symboliczne [opracowanie własne]
−
Człon inercyjny (rys. 10). Wielkość wyjściowa narasta stopniowo od momentu zmiany
wielkości wejściowej. Ustalenie nowej wartości y następuje po czasie T dla inercji I rzędu
oraz po czasie
o
T
T
+
dla inercyjności II i wyŜszego rzędu (układ statyczny ma rząd
inercji równy 0). Szybkość zmian zmiennej wyjściowej charakteryzowana jest przez stałą
czasową T. Im większa jest wartość stałej czasowej, tym wolniej nadąŜa wielkość
wyjściowa za wejściową. Stała czasowa omawianego członu jest to czas, po którym
sygnał wyjściowy w odpowiedzi na wymuszenie skokowe sygnału wejściowego osiągnie
wartość 63,2% stanu ustalonego. Stałą czasową T wyznaczamy graficznie przez
wystawienie stycznej do krzywej odpowiedzi czasowej. T
o
to czas, w którym wielkość
sterowana nie ulega zmianie.
x
t
1
0
( )
≥
<
=
0
t
,
1
0
t
,
0
t
x
a)
b)
y
t
0
a)
b)
x
y
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
Rys. 10. Człon inercyjny: odpowiedź skokowa: a) I rzędu, b) II i wyŜszego rzędu; c) oznaczenie
symboliczne I rzędu, d) oznaczenie symboliczne II i wyŜszego rzędu [opracowanie własne]
−
Człon całkujący (rys. 11). Wartość wielkości wyjściowej będzie narastać tak długo, jak
długo trwa sygnał wejściowy, a prędkość narastania wielkości y będzie tym większa im
większa będzie wartość x (nachylenie wykresu będzie zaleŜeć od wartości T
i
).
Rys. 11. Człon całkujący: a) odpowiedź skokowa,
b), c) oznaczenie symboliczne [opracowanie własne]
T
i
−
stała czasowa całkowania (czas zdwojenia, czas izodromu). Jest to czas, po którym
sygnał wyjściowy połączonych członów proporcjonalnego i całkującego lub proporcjonalnego
i całkującego oraz róŜniczkującego osiąga podwójną wartość działania proporcjonalnego.
−
Człon róŜniczkujący (rys. 12). Wielkość wyjściowa uzaleŜniona jest od prędkości zmian
wielkości wejściowej.
y
t
0
T
i
a)
b)
x
y
∫
dt
T
1
i
1
c)
x
y
t
y
b)
T
o
t
y
0,632
a)
T
1
T
d)
c)
x
y
x
y
0
0
1
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
Rys. 12. Człon róŜniczkujący: a) odpowiedź skokowa,
b), c) oznaczenie symboliczne [opracowanie własne]
T
d
−
stała czasowa róŜniczkowania (czas wyprzedzenia). Jest to czas, po jakim liniowo
narastający sygnał wejściowy staje się równy sygnałowi wyjściowemu członu
róŜniczkującego.
−
Człon oscylacyjny (rys. 13). O tym, jakie jest tłumienie odpowiedzi członu oscylacyjnego
informuje współczynnik tłumienia
ξ
, który wyznaczamy z zaleŜności:
1
2
A
A
=
ξ
Rys. 13. Człon oscylacyjny: a) odpowiedź skokowa,
b) oznaczenie symboliczne [opracowanie własne]
Wartości stałych czasowych mają podstawowe znaczenie przy projektowaniu układów
sterowania automatycznego.
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Co to jest sterowanie ręczne i sterowanie automatyczne?
2.
Czym się róŜni układ otwarty od układu zamkniętego?
3.
Co to jest sprzęŜenie zwrotne?
4.
Jakie znasz sygnały w układach regulacji?
5.
Jakie znasz rodzaje węzłów?
6.
Jakie zadanie spełnia urządzenie pomiarowe?
7.
Do czego wykorzystujemy urządzenie wykonawcze?
8.
Czym charakteryzuje się sygnał analogowy?
9.
W jaki sposób odbywa się sterowanie sekwencyjne?
10.
Jakie parametry charakteryzują człon proporcjonalny?
11.
Jakie parametry charakteryzują człon inercyjny?
12.
Jakie parametry charakteryzują człon całkujący?
y
t
0 T
d
a)
b)
x
y
dt
d
T
d
c)
x
y
y
t
0
a)
b)
A
1
A
2
x
y
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Podaj przykłady sterowania ręcznego i sterowania automatycznego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeprowadzić analizę proponowanych przykładów,
2)
przyporządkować
przykładowe
typy
sterowania
do
poszczególnych
grup
(ręczne/automatyczne),
3)
narysować schematy układów sterowania,
4)
opracować wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
arkusze papieru formatu A4,
–
linijka, ołówek.
Ćwiczenie 2
Scharakteryzuj typy układów sterowania przedstawione na rysunkach.
Rys. nr 1 do ćwiczenia 2 [2, s. 10]
Rys. nr 1 do ćwiczenia 2 [2, s. 11]
1 – termometr,
2 – mieszek spręŜysty,
3 – dźwignia,
4 – dysza,
5 – siłownik membranowy,
6 – zawór,
7 – śruba do nastawiania
wartości zadanej.
1 – termometr,
2 – wskaźnik temperatury,
3 – zawór.
1
2
3
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować w zespole działanie układów sterowania przedstawionych na rysunkach,
2)
sformułować i uzasadnić wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
arkusze papieru formatu A4,
–
przybory do pisania.
Ćwiczenie 3
Zbadaj układ modelujący pracę członu: a) róŜniczkującego i b) całkującego przy
wykorzystaniu wzmacniacza operacyjnego.
Rys. 1. do ćwiczenia 3 [opracowanie własne]
Rys. 2. do ćwiczenia 3 [opracowanie własne]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
połączyć urządzenia według schematu z rys. 2,
2)
poprosić po sprawdzeniu poprawności połączeń przez prowadzącego o załączenie
zasilania,
3)
wyznaczyć dla kilku wartości pojemności z otrzymanego przebiegu stałą czasową członu
róŜniczkującego i całkującego,
4)
obserwować zmieniając częstotliwość generatora w zakresie 1
÷
10 kHz (dla pojemności
100 nF) na ekranie oscyloskopu zachowanie się członu róŜniczkującego i całkującego,
5)
przeprowadzić analizę otrzymanych przebiegów czasowych,
6)
opracować wnioski.
Generator
Człon badany
+
+
+
R
R
C
+
U
wy
U
we
I
we
R
R
C
+
U
wy
U
we
I
we
a)
b)
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
stanowisko do badania członu róŜniczkującego i całkującego,
–
arkusze papieru formatu A4,
–
linijka, ołówek,
–
instrukcja do ćwiczenia.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
rozróŜnić sterowanie ręczne od sterowania automatycznego?
2)
wskazać róŜnice pomiędzy otwartym i zamkniętym układem
sterowania?
3)
dokonać analizy układu regulacji?
4)
wyznaczyć stałą czasową członu róŜniczkującego i całkującego?
5)
dokonać analizy otrzymanych charakterystyk?
6)
dokonać analizy otrzymanych wyników?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
4.2. Przetworniki pomiarowe
4.2.1. Materiał nauczania
Sygnał wyjściowy z czujnika pomiarowego ze względu na róŜnorodność parametrów
mierzonych rzadko moŜna wykorzystać bezpośrednio w układzie regulacji, dlatego naleŜy
zastosować układy pośredniczące przetwarzające sygnały wyjściowe czujników na sygnały
standardowe akceptowalne przez regulatory. Układy te nazywane są przetwornikami
pomiarowymi. Standaryzacja (ujednolicenie) sygnałów zapewnienia moŜliwości łączenia
bloków za sobą tak, aby sygnały wyjściowe i wejściowe wszystkich urządzeń były identyczne
co do postaci, zakresów zmienności, mocy i innych parametrów (tab.1).
Tabela 1. Sygnały standardowe występujące w układach regulacji [6, s. 12]
Rodzaj sygnału
Wielkość fizyczna
Wartość lub zakres zmian
wartości sygnału
pneumatyczny
ciśnienie powietrza
do 3,0 kPa
20
÷
100 kPa
600k Pa
hydrauliczny
ciśnienie oleju
1,0 MPa
6,0 MPa
10,0 MPa
16,0 MPa
natęŜenie prądu
stałego
0
÷
5 mA
0
÷
20 mA
4
÷
20 mA
napięcie prądu
stałego
0
÷
5 V
0
÷
10 V
0
÷±
10 V
elektryczny
napięcie prądu
przemiennego
230 V
400 V
Parametry charakteryzujące przetworniki pomiarowe:
–
klasa dokładności, którą określa się w zaleŜności od jego uchybu względnego
δ
(stosunku
uchybu bezwzględnego
∆
y do rzeczywistego wyniku pomiaru y
rz
. Uchybem
bezwzględnym nazywamy róŜnicę między teoretyczną a rzeczywistą wartością sygnału
wyjściowego
rz
i
y
y
y
−
=
∆
,
–
zakres pomiarowy, w którym przetwarzanie odbywa się zgodnie z określoną klasą
dokładności,
–
liniowość, która określa stopień odchylenia charakterystyki statycznej z linią prostą.
WyraŜa się ją jako stosunek maksymalnego odchylenia
max
y
∆
do zakresu przetwarzania
min
max
x
x
−
(rys. 14),
–
niejednoznaczność (histereza), którą wyznacza się z róŜnicy pomiędzy sygnałami
wyjściowymi dla tej samej wartości mierzonej, gdy wartość tę osiąga się najpierw przy
zwiększaniu, a następnie przy jej zmniejszaniu. Na rysunku 14 łatwo zauwaŜyć, Ŝe dla x
02
otrzymano y
rz02
↑
oraz y
rz02
↓
,
–
próg pobudliwości (czułość) jest to najmniejsza zmiana wielkości mierzonej powodująca
zauwaŜalną zmianę sygnału wyjściowego (na rysunku 14 dla
rz
y
∆
czułością jest x
∆
).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
Rys. 14. Graficzne przedstawienie parametrów przetwornika; opracowano na podstawie [6, s. 71]
Jednym z podziałów przetworników jest rozdzielenie na dwie grupy:
–
bierne (pasywne); do realizacji przetwarzania konieczne jest doprowadzenie energii
zewnętrznej (zasilania), na przykład przetwornik rezystancyjny.
–
czynne (aktywne); realizacja przetwarzania nie wymaga doprowadzenie energii
zewnętrznej, na przykład przetwornik termoelektryczny.
Innym podziałem przetworników jest klasyfikacja, w której jako kryterium przyjęto wielkość
wejściową, na przykład przetworniki przemieszczenia, sił, ciśnienia. Jest to podział, według
którego buduje się obecne katalogi dotyczące przetworników.
Przetworniki współpracujące z regulatorami mogą być zasilane w układzie dwuprzewodowym
lub w układzie czteroprzewodowym (rys. 15). Przy zasilaniu w systemie dwuprzewodowym
napięcie zasilania do przetwornika doprowadzane jest tą samą parą przewodów, po której
przesyłany jest sygnał pomiarowy.
Rys. 15. Połączenie regulatora z przetwornikiem: a) dwuprzewodowe,
b) czteroprzewodowe [opracowanie własne]
Większość przetworników pomiarowych jest typu SISO (jedno wejście i jedno wyjście,
ang. Single Input Single Output). W związku z upowszechnieniem się mikroprocesorów
obserwuje się rozwój przetworników, które słuŜą do przeprowadzania pomiaru wielu
parametrów. Pomiary takie realizowane są przy zastosowaniu systemów o wielu wejściach
i jednym typu MISO (ang. Multi Input Single Output)lub wielu wyjściach typu MIMO (ang.
Multi Input Multi Output). JeŜeli konstrukcja takiego przetwornika będzie zawierać jeden lub
kilka mikroprocesorów to wtedy otrzymamy przetwornik inteligentny.
Przetwornik
Regulator
Zasilacz
+
+
+
a)
b)
Przetwornik
Regulator
Zasilacz
+
+
+
+
+
+
rzeczywista
( )
x
f
y
rz
=
0
x
01
x
y
i02
∆
x
∆
y
rz
idealna
( )
x
f
y
i
=
Charakterystyka:
x
min
x
max
y
max
y
min
↓
y
min
↑
∆
y
max
x
02
y
y
rz02
↑
y
rz02
↓
∆
y
↓
∆
y
↑
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
Funkcje przetworników inteligentnych:
–
automatyczne ustawianie zakresu pomiarowego (samoadaptacja),
–
sterowanie pracą wydzielonych bloków przyrządu (np. przetwornik A/C),
–
rejestracja danych oraz ich kompresja (bez utraty informacji) celem zaoszczędzenia
pamięci,
–
wstępne statystyczne opracowanie danych,
–
automatyczne sterowanie procesem porównania ze wzorcem (np. równowaŜenie),
–
linearyzacja charakterystyk przetwornika,
–
sterowanie procesami wizualizacji,
–
autodiagnoza poszczególnych bloków przyrządu,
–
rozpoznawanie i usuwanie błędów przejściowych,
–
sterowanie pracą interfejsu zgodnie z określonym protokołem.
Podział przetworników inteligentnych:
–
funkcyjne (pośrednie), tzn. pomiar jest moŜliwy tylko w sposób pośredni, czyli poprzez
pomiar kilku wielkości fizycznych, a następnie określenie sygnału wyjściowego,
–
kompensacyjne (inwariantne), czyli poprawiające ich właściwości metrologiczne.
W przetwornikach tych najczęściej wyróŜnia się jedną wielkość x
1
, która ma być
mierzona przez przetwornik, natomiast pozostałe wielkości x
2..n
są wielkościami
zakłócającymi,
–
ekspertowe (doradcze), w których główną częścią składową jest system ekspertowy, który
zawiera program z wiedzą eksperta gwarantujący inteligentne doradztwo i podejmowanie
decyzje odnośnie funkcjonowania procesu,
–
uczące się, w których przetwornik poprzez program wprowadza korzystne zmiany
dotyczące jego działania. Przetworniki te równieŜ gromadzą informacje będące wynikiem
doświadczeń i obserwacji, a takŜe eliminują ich nadmiar,
–
nadmiarowe, w których w celu podniesienia niezawodności toru pomiarowego
rozbudowuje się system o dodatkowe kanały pomiarowe lub całe przetworniki.
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
W jakim celu stosowane są sygnały standardowe?
2.
Co to jest klasa dokładności przetwornika?
3.
W jakim przypadku otrzymujemy histerezę?
4.
Co określa czułość przetwornika?
5.
Czym charakteryzuje się przetwornik bierny?
6.
W jaki sposób łączymy regulator z przetwornikiem?
7.
Jakie mają funkcje przetworniki inteligentne?
8.
Jakie znasz rodzaje przetworników inteligentnych?
9.
Jakie właściwości charakteryzuje przetwornik ekspertowy?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Określ moŜliwości współpracy urządzeń w układzie regulacji.
Rys. do ćwiczenia 1 [opracowanie własne]
Tabela do ćwiczenia 1
Urządzenie
Napięcie
zasilania
Sygnał
wejściowy
Sygnał
wyjściowy
W zaleŜności od ilości urządzeń tabelę poszerzamy o dalsze rubryki.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować zasadę działania układu regulacji,
2)
odszukać w katalogach odpowiednie urządzenia,
3)
zestawić w tabeli parametry urządzeń,
4)
potwierdzić moŜliwość współpracy,
5)
opracować wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
katalogi urządzeń i elementów automatyki,
–
arkusze papieru formatu A4,
–
linijka, ołówek.
Ćwiczenie 2
Zbadaj układ modelujący pracę przetwornika I/U przy wykorzystaniu wzmacniacza
operacyjnego.
T
Regulator
Zasilacz
I
Element
wykonawczy
Przetwornik
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
Rys. do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]
Tabela do ćwiczenia 2
I
we
[mA]
U
wy
[V]
W zaleŜności od ilości pomiarów tabelę poszerzamy o dalsze rubryki.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
połączyć urządzenia według schematu,
2)
poprosić po sprawdzeniu poprawności połączeń przez prowadzącego o załączenie
zasilania,
3)
zanotować zmieniając wartość prądu wejściowego w zakresie 0
÷
20mA wartości napięcia
na wyjściu przetwornika,
4)
wyznaczyć charakterystykę przetwarzania przetwornika I/U,
5)
przeprowadzić analizę otrzymanego wykresu,
6)
opracować wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
stanowisko do badania przetwornika I/U,
–
arkusze papieru formatu A4,
–
linijka, ołówek,
–
instrukcja do ćwiczenia.
Ćwiczenie 3
Zbadaj czteroprzewodowy przetwornik temperatury z czujnikiem termoelektrycznym.
R
2
+
U
wy
I
we
R
1
0
÷
10V
0
÷
20mA
R
40k
Ω
10k
Ω
100
Ω
U
R
Przetwornik
Rejestrator
Zasilacz
+
+
+
+
+
mA
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
Rys. do ćwiczenia 3 [opracowanie własne]
Tabela do ćwiczenia 3
o
[C]
R [
Ω
]
I
mierzone
[mA]
I
idealne
[mA]
∆
[mA]
δ
[%]
W zaleŜności od ilości pomiarów tabelę poszerzamy o dalsze rubryki.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
połączyć urządzenia według schematu,
2)
poprosić po sprawdzeniu poprawności połączeń przez prowadzącego o załączenie
zasilania,
3)
ustawić wartość początkową sygnału wyjściowego przetwornika („zero”),
4)
ustawić wartość końcową sygnału wyjściowego przetwornika (zakres pomiarowy),
5)
symulować działanie czujnika termoelektrycznego w zakresie od 0 do 100
o
C zmieniając
na opornicy dekadowej rezystancję zgodnie z kartami katalogowymi i odczytać wartość
prądu,
6)
wyznaczyć charakterystykę przetwornika,
7)
przeprowadzić obliczenia błędów,
8)
przeprowadzić analizę otrzymanych wyników,
9)
opracować wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
stanowisko pomiarowe do badania przetwornika temperatury,
–
arkusze papieru formatu A4,
–
linijka, ołówek,
–
wkrętak,
–
karty katalogowe czujników termoelektrycznych,
–
kalkulator do obliczeń,
–
instrukcja do ćwiczenia.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
dobrać elementy (urządzenia) układu sterowania?
2)
korzystać z katalogu elementów i urządzeń automatyki?
3)
wyznaczyć charakterystykę przetwarzania przetwornika?
4)
obliczyć błędy przetwornika?
5)
dokonać analizy otrzymanych charakterystyk?
6)
dokonać analizy otrzymanych wyników?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
4.3. Rodzaje regulatorów
4.3.1. Materiał nauczania
Regulatory z sygnałem wyjściowym ciągłym
RóŜnorodność obiektów, pod względem ich właściwości dynamicznych, wymaga
stosowania regulatorów o zróŜnicowanych charakterystykach. RozróŜnia się następujące typy
regulatorów przemysłowych z sygnałem wyjściowym ciągłym:
−
typu P (proporcjonalny, rys. 18). Charakteryzuje się tym, Ŝe wartość sygnału wyjściowego
jest proporcjonalna do wartości uchybu regulacji (sygnału wejściowego).
Rys. 18. Regulator proporcjonalny P: a) schemat blokowy, b) odpowiedź skokowa [opracowanie własne]
−
typu PI (proporcjonalno-całkujący, rys. 19). Charakteryzuje się tym, Ŝe sygnał wyjściowy
jest sumą działania proporcjonalnego i całkującego.
Rys. 19. Regulator proporcjonalno-całkujący PI: a) schemat blokowy, b) odpowiedź skokowa [2, s. 168]
−
typu PD (proporcjonalny-róŜniczkujący, rys. 20). Charakteryzuje się tym, Ŝe wartość
sygnału wyjściowego jest proporcjonalna do prędkości zmian uchybu regulacji.
Rys. 20. Regulator proporcjonalno-róŜniczkujący PD: a) schemat blokowy,
b) odpowiedź skokowa [opracowanie własne]
t
k
p
x
-
+
x
0
±
ε
y
+
+
y
0
a)
b)
k
p
ε
dt
d
T
d
T
d
k
p
∫
dt
T
1
i
x
-
+
x
0
±
ε
y
+
+
y
t
0
T
i
a)
b)
k
p
ε
2k
p
ε
k
p
x
-
+
x
0
±
ε
y
a)
b)
y
t
0
k
p
ε
gdzie: k
p
−
wzmocnienie regulatora
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
−
typu PID (proporcjonalno-całkująco-róŜniczkujący, rys. 21). Jest to regulator złoŜony
z trzech podstawowych członów: proporcjonalnego, róŜniczkującego i całkującego.
Rys. 21. Regulator proporcjonalno-róŜniczkująco-całkujący PID:
a) schemat blokowy, b) odpowiedź skokowa [2, s. 171]
Wymienione typy regulatorów są wykonywane jako elektryczne, pneumatyczne
i hydrauliczne.
Na rys. 22 przedstawiono zaleŜność sygnału wyjściowego od sygnału wejściowego
członów wchodzących w skład regulatorów; człon proporcjonalny działa jak wzmacniacz
(rys. 22b), człon całkujący generuje sygnał narastający, kiedy sygnał wejściowy uchybu jest
dodatni lub malejący, gdy sygnał wejściowy jest ujemny (rys. 22c). Człon róŜniczkujący
wytwarza sygnał dodatni, gdy sygnał wejściowy narasta, lub ujemny, jeśli sygnał wejściowy
maleje (rys. 22d).
Rys. 22. Działanie członów formujących sygnał sterujący regulatora:
a) przykładowy przebieg sygnału wejściowego i odpowiadające mu przebiegi sygnałów wyjściowych członów,
b) proporcjonalnego, c) całkującego, d) róŜniczkującego [5, s. 78]
k
p
∫
dt
T
1
i
x
-
+
x
0
±
ε
y
+
+
y
t
0
T
i
a)
b)
k
p
ε
dt
d
T
d
k
p
ε
+
+
t
2
x
p
x
i
x
d
t
t
t
t
a)
b)
c)
d)
0
0
0
0
ε
+
+
t
1
t
2
t
3
t
5
t
6
t
4
max
min
t
1
t
3
t
5
+
+
t
1
t
3
t
5
t
6
t
4
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
Na schematach przedstawionych rysunkach 18
÷
21 moŜna zauwaŜyć zaleŜności
matematyczne (wiąŜące ze sobą przebiegi wejściowe i wyjściowe) określające właściwości
dynamiczne członów, które nazywamy transmitancjami operatorowymi, będącymi funkcjami
zmiennej zespolonej s (są one odpowiednikiem impedancji w elektronice). Transmitancję
oznacza się literą „G”. Korzyści płynące ze stosowania transmitancji to łatwość
przedstawiania złoŜonych zaleŜności dynamicznych w postaci odpowiednio połączonych
układów realizujących proste zaleŜności, takie jak całkowanie i róŜniczkowanie. Wyznaczenie
równań wymaga znajomości matematyki wyŜszej, dlatego w niniejszym poradniku
ograniczono się do zdefiniowania i przedstawienia graficznego właściwości członów
dynamicznych. ZaleŜności matematyczne regulatorów z sygnałem wyjściowym ciągłym
zestawiono w tablicy 2.
Tabela 2. ZaleŜności matematyczne regulatorów z sygnałem wyjściowym ciągłym
ZaleŜności matematyczne
Typ regulatora
Równanie regulatora
Transmitancja operatorowa
P
( )
( )
t
k
t
y
p
ε
=
( )
p
k
s
G
=
PI
( )
( )
( )
ε
+
ε
=
∫
dt
t
T
1
t
k
t
y
i
p
( )
+
=
s
T
1
1
k
s
G
i
p
PD
( )
( )
( )
ε
+
ε
=
dt
t
d
T
t
k
t
y
d
p
( )
(
)
s
T
1
k
s
G
d
p
+
=
PID
( )
( )
( )
( )
ε
+
ε
+
ε
=
∫
dt
t
d
T
dt
t
T
1
t
k
t
y
d
i
p
( )
+
+
=
s
T
s
T
1
1
k
s
G
d
i
p
W rozdziale tym poznałeś juŜ właściwości typowych regulatorów przemysłowych. Dobór
nastaw regulatora stanowi jeden z etapów kształtowania właściwości dynamicznych układów
regulacji automatycznej. Do wyznaczenia nastaw potrzebna będzie jeszcze krótka informacja
na temat budowy regulatora. W regulatorach wartość poszczególnych parametrów nastawiamy
za pomocą pokręteł zaopatrzonych w podziałki lub przyciski. NaleŜy pamiętać, Ŝe nie
wszystkie regulatory mają moŜliwości nastaw, bowiem rodzaj nastaw przypisany jest
właściwościom poszczególnych regulatorów (tab. 3):
−
x
p
– zakres proporcjonalności regulatora. Jest to odwrotność wzmocnienia k
p
wyraŜona
w procentach,
%
100
k
1
x
p
p
=
−
T
i
– czas zdwojenia. Określa właściwości członu całkującego regulatora,
−
T
d
– czas wyprzedzenia. Określa właściwości członu róŜniczkującego regulatora.
Tabela 3. MoŜliwości nastaw regulatorów przemysłowych
x
p
T
i
T
d
P
+
−
−
PI
+
+
−
PD
+
−
+
PID
+
+
+
nastawa
regulator
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
Regulatory mają ograniczony zakres nastaw. Typowe wartości nastaw w regulatorach
przemysłowych zebrano w tablicy 4.
Tabela 4. Typowe wartości nastaw w regulatorach przemysłowych
x
p
T
i
T
d
500
÷
1%
(kp = 0,2
÷
100)
0,1
÷
30 min
0,05
÷
20 min
Regulatory z sygnałem wyjściowym nieciągłym
Regulatory dwupołoŜeniowe (dwustawne) umoŜliwiają załączenie i wyłączenie energii
lub czynnika do obiektu w zaleŜności od wartości uchybu. Na wyjściu regulatora
otrzymujemy sygnał, który moŜe przyjmować tylko dwa stany 0 (wyłączanie) i 1 (załączanie).
Z rysunku 23 łatwo zauwaŜyć, Ŝe dla wartości uchybu mniejszych od –h/2 sygnał wyjściowy
regulatora jest równy zeru, natomiast dla wartości uchybu większych od h/2 sygnał wyjściowy
regulatora przyjmuje wartość maksymalną. Przykładem obiektu sterowanego regulatorem
dwustawnym moŜe być piec technologiczny ogrzewany energią elektryczną, a wielkością
regulowaną temperatura.
Rys. 23. Układ regulacji dwustawnej [opracowanie własne]
Parametry opisujące przebieg wielkości regulowanej w układzie regulacji dwupołoŜeniowej
(rys. 24):
–
x
o
– wartość zadana,
–
x
1
– wartość, przy której następuje wyłączenie wielkości regulowanej y,
–
x
2
– wartość, przy której następuje załączenie wielkości regulowanej y,
–
T – stała czasowa obiektu regulowanego,
–
T
o
– czas opóźnienia,
–
h – szerokość pętli histerezy;
2
1
x
x
h
−
=
,
–
δ
– błąd regulacji;
(
)
T
T
x
x
2
h
o
o
max
−
+
=
δ
–
x
max
– maksymalna wartość wielkości regulowanej x w przypadku gdyby nie działał
regulator,
–
τ
c
– okres cyklu pracy regulatora;
(
)
o
o
max
o
max
c
T
4
x
x
x
x
h
T
+
−
⋅
=
τ
lub
o
c
T
4
≈
τ
Obiekt
z
x
-
+
±
ε
y
Zadajnik x
o
Regulator
x
0
ε
1
h
2
h
2
h
−
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
–
τ
c
’ – czas stanu załączenia wielkości regulującej. Prawidłowo nastawiony regulator
powinien spełniać:
c
c
2
1
'
τ
=
τ
oraz
o
max
x
25
.
1
x
≅
. Przy spełnieniu tych warunków
uzyskujemy minimalną wartość błędu
δ
.
Rys. 24. Przebiegi wielkości regulowanej w układzie regulacji dwupołoŜeniowej [opracowanie własne]
Regulator trzypołoŜeniowy (trójstawny) charakteryzuje się sygnałem wyjściowym
mogącym przyjmować trzy wartości: +1, 0, -1 (rys. 25). Regulator ten powstaje najczęściej
z połączenia dwóch regulatorów dwustawnych z charakterystykami przesuniętymi w taki
sposób, aby po zsumowaniu moŜna było otrzymać charakterystykę elementu trójstanowego.
Przykładem obiektu sterowanego regulatorem trójstawnym moŜe być układ stabilizacji
temperatury w wannie technologicznej, w której podgrzewanie odbywa się elektrycznie,
a chłodzenie wodą.
Rys. 25. Układ regulacji trójstawnej [opracowanie własne]
Obiekt
z
x
-
+
±
ε
y
Zadajnik x
o
Regulator
x
0
ε
1
-1
t
x
x
0
x
max
0
y
x
2
x
1
δ
T
T
o
T
o
T
o
τ
c
τ
c
’
1
t
0
h
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
Regulatory cyfrowe
Rozwój techniki mikroprocesorowej i układów scalonych spowodował znaczną poprawę
jakości regulatorów oraz moŜliwości współpracy z systemami komputerowymi. Regulator
cyfrowy jest urządzeniem, w którym
µ
P na podstawie programu zapisanego w pamięci steruje
procesem technologicznym. W pierwszej kolejności
µ
P odczytuje sygnały wejściowe, które
pochodzą z czujników i przetworników pomiarowych. Następnie wykonuje obliczenia
zgodnie z programem, aby na podstawie wyników tych obliczeń generować sygnały
wyjściowe sterując urządzeniami wykonawczymi (rys. 26).
Rys. 26. Ogólny schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego [opracowanie własne]
Konstrukcje i odmiany regulatorów cyfrowych mają budowę aparatową z umieszczoną
w przedniej części obudowy płytą czołową spełniającą funkcje zadajnika, wskaźnika (cyfrowe
DIx, diodowe LDx i LNx) oraz przycisków (KE1
÷
8), którymi parametryzuje się regulator
(rys. 27). W tylnej części obudowy jest listwa zaciskowa, do której podłączone są sygnały
wejściowe i wyjściowe regulatora oraz zasilanie.
Rys. 27. Elementy panelu operatorskiego regulatora cyfrowego [7, s. 122]
Tryby pracy regulatora cyfrowego:
–
konfiguracja, podczas której wybiera się algorytm sterowania, strukturę alarmów,
ograniczeń sygnałów, zakresy wskaźników, parametry transmisji oraz ustalane są dane
liczbowe.
Regulator moŜna konfigurować ręcznie korzystając z adresów zawartych
µ
P
Sygnały
wejściowe
Pamięć
(program)
Sygnały
wyjściowe
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
w jego Dokumentacji Techniczno-Ruchowej lub poprzez komputer wykorzystując
odpowiednie oprogramowanie narzędziowe,
–
tryb ręczny jest wymagany podczas uruchamiania układu regulacji. Wywołując ręcznie
zmiany sygnału sterującego przyciskami zwiększającymi/zmniejszającymi wartości
i obserwując reakcję obiektu operator poznaje cechy nieznanego w pełni obiektu,
–
tryb automatyczny
sterowanie elementem wykonawczym odbywa się automatycznie
(reguluje regulator) według ustalonego w trakcie konfigurowania algorytmu i parametrów
regulacji.
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Jakie znasz typy regulatorów z sygnałem wyjściowym ciągłym?
2.
Jakie zaleŜności matematyczne opisuje transmitancja?
3.
Jakie nastawy moŜna ustawić w regulatorach ciągłych?
4.
W jaki sposób obliczamy zakres proporcjonalności x
p
?
5.
Jakie występują kombinacje nastaw w róŜnych typach regulatorów?
6.
Jakie typowe wartości nastaw występują w regulatorach przemysłowych?
7.
Od czego zaleŜy szerokość pętli histerezy w regulatorach z sygnałem wyjściowym
nieciągłym?
8.
Na podstawie czego regulator cyfrowy generuje sygnały wyjściowe?
9.
Jakie są tryby pracy regulatora cyfrowego?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Sprawdź działanie regulatora elektronicznego PID.
Rys. do ćwiczenia 1 [opracowanie własne]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
połączyć urządzenia według schematu,
2)
poprosić po sprawdzeniu poprawności połączeń przez prowadzącego o załączenie
zasilania,
3)
ustawić wartość zadaną na połowie zakresu,
-
Rejestrator
Regulator
PID
Wielkość
regulowana y
Ź
ródło prądowe
regulowane 0
÷
20 mA
+
Zadajnik x
o
Ź
ródło prądowe
regulowane 0
÷
20 mA
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
4)
zasymulować konkretną wartość y,
5)
wyłączyć działanie I oraz D (nastawić
∞
→
i
T
oraz
0
T
d
=
),
6)
nastawić wartość zakresu proporcjonalności podaną przez prowadzącego i zarejestrować
odpowiedź,
7)
zarejestrować odpowiedzi regulatora PD, PI, PID dla róŜnych wartości nastaw podanych
przez prowadzącego,
8)
przeprowadzić analizę otrzymanych wyników,
9)
opracować wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
stanowisko pomiarowe do badania regulatora PID,
–
arkusze papieru formatu A4,
–
linijka, ołówek,
–
dokumentacja techniczno-ruchowa regulatora,
–
instrukcja do ćwiczenia.
Ćwiczenie 2
Zbadaj układ regulacji z regulatorem dwustawnym, w którym piec technologiczny
ogrzewany jest energią elektryczną, a wielkością regulowaną jest temperatura.
Rys. do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
połączyć urządzenia według schematu,
2)
poprosić po sprawdzeniu poprawności połączeń przez prowadzącego o załączenie
zasilania,
3)
ustawić wartość zadaną,
4)
ustawić wartość histerezy,
Regulator
-
+
±
ε
Przetwornik
Zadajnik x
o
Czujnik
pomiarowy
∼
Nagrzewnica
Obiekt
Zakłócenia
Obiekt
Zakłócenia
Obiekt
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
5)
zarejestrować odpowiedź czasową układu regulacji,
6)
zakłócić pracę układu poprzez otwarcie drzwiczek pieca,
7)
zarejestrować odpowiedź czasową układu regulacji przy zakłóceniach,
8)
przeprowadzić analizę otrzymanych wyników,
9)
opracować wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
stanowisko pomiarowe do badania układu regulacji z regulatorem dwustawnym,
–
arkusze papieru formatu A4,
–
linijka, ołówek,
–
stoper,
–
instrukcja do ćwiczenia.
Ćwiczenie 3
Sprawdź działanie regulatora cyfrowego realizującego funkcję start-stop poprzez
symulacyjne uruchamianie silnika napędowego urządzenia technologicznego.
Rys. do ćwiczenia 3 [7, s. 153]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować działanie układu przedstawionego na rysunku,
2)
poprosić po sprawdzeniu poprawności połączeń przez prowadzącego o załączenie
zasilania,
3)
dokonać parametryzacji i konfiguracji regulatora,
4)
sprawdzić działanie układu,
5)
opracować wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
stanowisko pomiarowe do badania regulatora cyfrowego,
–
arkusze papieru formatu A4,
–
linijka, ołówek,
–
dokumentacja techniczno-ruchowa regulatora,
–
komputer klasy PC z oprogramowaniem narzędziowym do konfiguracji graficznej
regulatora,
–
instrukcja do ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
scharakteryzować
parametry
określające
ś
rodowisko
pracy
regulatora?
2)
sprawdzić i skontrolować prawidłowość pracy podstawowych
elementów regulatora?
3)
ustawić nastawy regulatora?
4)
włączyć regulator dwustawny do układu regulacji?
5)
zdefiniować podstawowe parametry regulatorów cyfrowych?
6)
przeprowadzić konfigurację regulatora cyfrowego?
7)
posługiwać się oprogramowaniem narzędziowym do konfiguracji
graficznej regulatora?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
4.4. Bezpieczeństwo w układach automatyki
4.4.1. Materiał nauczania
Urządzenia i układy automatyki, tak jak wszystkie urządzenia stosowane w technice nie
są niezawodne. Istnieje zawsze mniejsze lub większe prawdopodobieństwo wystąpienia awarii
czy uszkodzenia w układach sterowania, dlatego rozwiązania techniczne powinny je
przewidywać i w razie ich wystąpienia chronić w pierwszej kolejności zdrowie i Ŝycie
ludzkie, a następnie sprzęt. W praktyce duŜą grupę urządzeń automatyki przemysłowej tworzą
układy sygnalizacji, blokad i zabezpieczeń. Pełnione przez nie funkcje są róŜne, lecz istnieją
między nimi silne związki. Układy te częściowo korzystają z tych samych sygnałów, razem
tworzą zestaw urządzeń uzupełniających część sterującą tak, Ŝe dopiero o całości moŜna
mówić jako o pełnym systemie automatyki procesu przemysłowego.
Sygnalizacja
Zadaniem układów sygnalizacji jest zwrócenie uwagi operatora procesu na fakt
zaistnienia zdarzeń, które są waŜne dla bezpieczeństwa ludzi, trwałości instalacji, jakości
produktu itp. Sygnalizacja musi być tak zaprojektowana, aby informacja o aktualnym stanie
procesu niezwłocznie trafiła do odbiorcy (operatora) w postaci sygnału świetlnego,
akustycznego ze wskazaniem miejsca lub czasu wystąpienia. RozróŜniamy następujące typy
sygnalizacji:
–
kontrolno–wskaźnikowa (informacyjna), która dostarcza informację o stanie pracy
poszczególnych urządzeń i podzespołów, połoŜenia elementów nastawczych, wartości
róŜnych parametrów w procesie technologicznym. Sygnalizacja ta realizowana jest
przewaŜnie jako optyczna; podczas swej normalnej pracy nie powinna rozpraszać uwagi
obsługi.
–
ostrzegawcza, która informuje o odchyłkach mogących doprowadzić do awarii lub
o mającym nastąpić uruchomieniu określonych maszyn, urządzeń lub procesów
technologicznych. Sygnalizacja ta realizowana jest jako optyczna i/lub akustyczna.
–
awaryjna, która informuje o wystąpieniu stanów awaryjnych. Najczęściej przyjmowaną
barwą awaryjną w tym rodzaju sygnalizacji jest barwa czerwona, zaś syrena ma dźwięk
modulowany i zsynchronizowany z błyskami światła.
Spotyka się ponadto sygnalizację wywoławczą umoŜliwiającą skontaktowanie się
z określoną osobą, sygnalizację porozumiewawczą, która słuŜy do przekazywania sygnałów
nakazu, zakazu, zezwolenia – zazwyczaj wymagających potwierdzenia ich odbioru oraz
sygnalizację ochronną (przeciwpoŜarową, przeciwwłamaniową, kontroli wartowników).
Blokady
Układy blokad stosujemy w celu uniemoŜliwienia środkami technicznymi uŜycia
urządzenia w warunkach niezgodnych z jego przeznaczeniem lub w sytuacji zagraŜającej
samemu urządzeniu lub otoczeniu. Układy blokad mogą być konstruowane z elementów
logicznych stykowych (przekaźniki) i półprzewodnikowych, mogą teŜ być realizowane za
pomocą programów, gdy nadrzędnym urządzeniem sterującym jest komputer lub sterownik
programowalny.
Zabezpieczenia
Zadaniem układów zabezpieczeń jest zapobieŜenie szkodliwym dla instalacji lub
otoczenia warunkom eksploatacji urządzenia zabezpieczanego. Zazwyczaj odbywa się to
metodą wymuszenia stanu uznanego jako niebezpieczny bez moŜliwości samoczynnego
wyjścia z tego stanu po zniknięciu zagroŜenia. Zabezpieczenia stosowane są szczególnie tam,
gdzie występują duŜe nakłady finansowe na układy regulacji.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
Podział zabezpieczeń procesów technologicznych:
–
zabezpieczenia w warunkach rozruchowych,
–
zabezpieczenia indywidualne elementów i urządzeń w poszczególnych obiektach,
–
zabezpieczenia prowadzące do zatrzymania wszystkich urządzeń.
Urządzenia zabezpieczające reagują na zmiany róŜnych wielkości fizycznych, na przykład
napięcie, częstotliwość prądu, temperatura łoŜyska silnika, poziom oleju w transformatorze.
Najpowszechniejszymi
zabezpieczeniami
urządzeń
elektrycznych
stosowanych
w układach regulacji są zabezpieczenia przeciwzwarciowe i termiczne. Na rysunku 28
przedstawiono schemat budowy bezpiecznika termicznego. Dźwignia 1, na której końcu
znajduje się popychacz styku zamykającego obwód zasilania silnika, jest dociskana do
gniazda w punkcie A za pomocą spręŜyny 2 rozpiętej między punktami B i C. PrzeciąŜenie
silnika wywołuje wzrost temperatury uzwojeń i części metalowych stanowiących obwód
magnetyczny. Umieszczony na nich bimetal 3 odkształca się pod wpływem nagrzewania,
przesuwając w dół punkt A. Gdy punkt A znajdzie się poniŜej prostej przechodzącej przez
punkty B i C, układ przejdzie pod wpływem siły spręŜyny do nowego stanu równowagi –
punk B przesunie się do punktu B’, a styki w obwodzie zasilania zostaną rozłączone i nastąpi
wyłączenie silnika. Układ jest tak zbudowany, Ŝe powrót bimetalu do pierwotnego kształtu
(po ostudzeniu urządzenia) nie wywołuje samoczynnego powrotu do stanu zwarcia styków
w obwodzie zasilania. Ponowne załączenie silnika moŜliwe jest przy pomocy przycisku
powtórnego załączenia 4 wymuszającego przestawienie końca spręŜyny z punktu B’ do B.
Rys. 28. Układ zabezpieczenia termicznego silnika [1, s. 242]
Często w systemach sterowania cyfrowego stosuje się specjalne oprogramowanie, które
sprawdza poprawność działania urządzeń na podstawie wysyłanego przez nie sygnału
testowego. JeŜeli oprogramowanie wykryje, Ŝe sygnał testowy odbiega od przyjętego jako
bezpieczny, to uruchamia się alarm sygnalizujący miejsce i rodzaj awarii.
W celu podniesienia niezawodności duŜych, skomplikowanych, drogich, zagraŜających
Ŝ
yciu lub środowisku procesów technologicznych stosuje się układy redundancyjne
(nadmiarowe). Pojawienie się sygnału alarmowego moŜe spowodować w przypadku awarii
wyłączenie urządzeń uszkodzonych i włączenie urządzeń rezerwowych dublujących pracę
części lub całości układu regulacji.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Jaki znasz podział układów gwarantujących poprawną pracę urządzeń i układów
automatyki?
2.
Czym charakteryzują się układy sygnalizacji?
3.
W jakim celu stosujemy układy blokad?
4.
Jakie zadania spełniają układy zabezpieczeń?
5.
Jaką funkcję spełnia wyłącznik termiczny?
6.
W jakim celu stosujemy układy redundancyjne?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Podaj przykłady sygnalizacji, blokad i zabezpieczeń w układach automatyki.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeprowadzić analizę proponowanych przykładów,
2)
przyporządkować poszczególne przykłady układom sygnalizacji, blokad i zabezpieczeń,
3)
opracować wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
arkusze papieru formatu A4,
–
przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Sprawdź działanie blokady.
Rys. 1 do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]
K1
+
K2
K1
Zał.
K1
Zał.
K2
pomocniczy obwód
prądowy
główny obwód
prądowy
K2
L1
N
M
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
Rys. 2 do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zaproponować procedurę sprawdzenia sprawności blokady,
2)
połączyć urządzenia według schematu elektrycznego,
3)
poprosić po sprawdzeniu poprawności połączeń przez prowadzącego o załączenie
zasilania,
4)
poprzez odpowiednią kombinację wciśniętych przycisków (pola A, B, C, D na przebiegu
czasowym) uruchamiać blokadę,
5)
uzupełnić przebieg czasowy blokady,
6)
przeprowadzić analizę otrzymanych przebiegów czasowych,
7)
opracować wnioski.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
stanowisko do badania blokady,
–
arkusze papieru formatu A4,
–
linijka, ołówek.
Ćwiczenie 3
Narysuj schemat rozruchowy silnika elektrycznego w układzie gwiazda-trójkąt
uwzględniający stycznik zasilający główny, stycznik trójkąta, stycznik gwiazdy, przekaźnik
czasowy do nastawiania czasu rozruchu silnika. Przyjmując, Ŝe w silniku znajduje się
wyłącznik termiczny chroniący silnik przed przeciąŜeniem podać jego miejsce na schemacie
zasilania zapewniające skuteczne zabezpieczenie przed uszkodzeniem silnika. Układ
uruchamiać przyciskiem Start (styk zwierny), wyłączać przyciskiem Stop (styk rozwierny).
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
narysować schemat połączeń,
2)
uzasadnić sposób rozwiązania,
3)
opracować wnioski.
t
Zał. K1
0
1
t
Zał. K2
0
1
t
K1
0
1
t
K2
0
1
A
B
C
D
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−
arkusze papieru formatu A4,
−
linijka, ołówek.
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
wskazać róŜnicę pomiędzy funkcją i działaniem układów
sygnalizacji, blokad i zabezpieczeń
w układach automatyki?
2)
dokonać analizy działania blokady?
3)
narysować przebiegi czasowe blokady?
4)
prawidłowo
umiejscowić
na
schemacie
elektrycznym
zabezpieczenie?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
5.
SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1.
Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.
2.
Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.
Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.
Test zawiera 20 zadań. Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwości odpowiedzi. Tylko
jedna jest prawdziwa.
5.
Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, wstawiając w odpowiedniej
rubryce znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem,
a następnie ponownie zaznaczyć odpowiedź prawidłową.
6.
Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7.
Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ rozwiązanie tego
zadania na później i wróć do niego, kiedy zostanie Ci wolny czas.
8.
Na rozwiązanie testu masz 60 minut.
Powodzenia!
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1.
Sterowanie automatyczne realizowane jest
a)
bezpośrednio przez człowieka.
b)
bezpośrednio przez urządzenia bez udziału człowieka.
c)
bezpośrednio przez urządzenia i człowieka.
d)
krok po kroku.
2.
Uchyb ε wyznaczamy z róŜnicy
a)
sygnału sterującego i zakłóceń.
b)
sygnału wartości zadanej i sygnał uchybu.
c)
zadanej i rzeczywistej wartości wielkości regulowanej.
d)
sygnału zakłócającego i wartości zadanej.
3.
Stałą czasową róŜniczkowania oznaczamy symbolem
a)
T
i
.
b)
T
d
.
c)
x
p
.
d)
k
p
.
4.
Na rysunku przedstawiono
a)
układ otwarty sterowania.
b)
strukturę regulatora.
c)
układ zamknięty sterowania.
d)
strukturę urządzenia pomiarowego.
Urządzenie
sterujące
Obiekt
z
x
y
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
5.
Węzeł sumujący
a)
mnoŜy i dzieli sygnały.
b)
dodaje i odejmuje sygnały.
c)
porównuje sygnały.
d)
przetwarza sygnał na inną wielkość fizyczną.
6.
W sterowaniu sekwencyjnym
a)
sygnał sterujący powstaje z powiązania logicznego sygnałów.
b)
następuje linearyzacja charakterystyki.
c)
nie występuje opóźnienie.
d)
czynności odbywają się krok po kroku.
7.
Standardowy sygnał prądowy to
a)
0
÷
5 A.
b)
4
÷
20 mA.
c)
0
÷
15 mA.
d)
4
÷
10 mA.
8.
Na schemacie blokowym w pustym miejscu naleŜy wpisać
a)
obiekt sterowania.
b)
przetwornik.
c)
zadajnik x
o
.
d)
generator.
[
9.
Przetwornik pomiarowy typu SISO ma
a)
wiele wejść i jedno wyjście.
b)
wiele wejść i wiele wyjść.
c)
jedno wejście i wiele wyjść.
d)
jedno wejście i jedno wyjście.
10.
Zakres proporcjonalności regulatora wyznacza się z zaleŜności
a)
%
100
T
1
x
i
p
=
.
b)
x
y
x
p
∆
−
∆
=
.
c)
%
100
k
1
x
p
p
=
.
d)
y
x
x
p
∆
∆
=
.
11.
Transmitancje opisują
a)
charakterystykę regulatora dwustanowego.
b)
przetworniki w stanie nieustalonym.
c)
własności dynamiczne regulatorów.
d)
algorytmy sterowania blokadami.
czujnik
regulator
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
12.
Właściwości metrologiczne poprawiają inteligentne przetworniki
a)
kompensacyjne.
b)
czynne.
c)
nadmiarowe.
d)
bierne.
13.
W trybie pracy automatyczny regulatora cyfrowego
a)
wybieramy algorytm sterowania.
b)
moŜemy przyciskami zmniejszać/zwiększać wartości.
c)
konfigurujemy parametry.
d)
następuje regulacja według ustalonego algorytmu i parametrów.
14.
Do realizacji przetwarzania niewymagane jest doprowadzenie energii zewnętrznej
zasilającej do przetworników
a)
jedno wejście i jedno wyjście.
b)
aktywnych.
c)
trójstanowych.
d)
pasywnych.
15.
Układ blokady przedstawiony na rysunku
a)
wyklucza moŜliwość załączenia silnika jeŜeli przycisk Zał. K1 jest wciśnięty.
b)
powoduje automatyczne załączenie silnika po wciśnięciu przycisku Zał. K1.
c)
nie zezwala na uruchomienie silnika po wciśnięciu przycisku Zał. K2.
d)
powoduje uruchomienie silnika po wciśnięciu przycisku Zał. K1 i Zał. K2.
16.
Urządzenie sterujące
a)
oddziaływuje na obiekt sterowania.
b)
wytwarza sygnał błędu regulacji.
c)
mierzy wartość wielkości regulowanej.
d)
porównuje wartość rzeczywistą z wartością zadaną.
17.
Nastawami regulatora typu PI są
a)
p
x ,
i
T
.
b)
p
x ,
d
T .
c)
p
x ,
i
T
,
d
T .
d)
i
T
,
d
T .
K1
+
K2
K1
Zał.
K1
Zał.
K2
pomocniczy obwód
prądowy
główny obwód
prądowy
K2
L1
N
M
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
18.
Element składowy charakteryzujący regulator cyfrowy to
a)
zdejmowany panel przedni.
b)
wyświetlacz dotykowy.
c)
mikroprocesor.
d)
pokrętła.
19.
Przedstawiona odpowiedź skokowa jest odpowiedzią regulatora typu
a)
PI.
b)
P.
c)
PD.
d)
PID.
20.
W celu uniemoŜliwienia środkami technicznymi uŜycia urządzenia w warunkach
niezgodnych z jego przeznaczeniem stosujemy
a)
zabezpieczenie w warunkach rozruchu.
b)
blokady.
c)
sygnalizację awaryjną.
d)
tabliczkę ostrzegawczą.
y
t
0
k
p
ε
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko..........................................................................................
Dobieranie układów sterowania i regulacji.
Zakreśl poprawną odpowiedź.
Nr
zadania
Odpowiedź
Punkty
1.
a
b
c
d
2.
a
b
c
d
3.
a
b
c
d
4.
a
b
c
d
5.
a
b
c
d
6.
a
b
c
d
7.
a
b
c
d
8.
a
b
c
d
9.
a
b
c
d
10.
a
b
c
d
11.
a
b
c
d
12.
a
b
c
d
13.
a
b
c
d
14.
a
b
c
d
15.
a
b
c
d
16.
a
b
c
d
17.
a
b
c
d
18.
a
b
c
d
19.
a
b
c
d
20.
a
b
c
d
Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
42
6.
LITERATURA
1.
Komor Z.: Pracownia automatyki. WSiP, W-wa 1996
2.
Kostro J.: Elementy, urządzenia i układy automatyki. WSiP, W-wa 1997
3.
Kwaśniewski J.: Wprowadzenie do inteligentnych przetworników pomiarowych. WNT,
W-wa 1993
4.
Markowski A., Kostro J., Lewandowski A.: Automatyka w pytaniach i odpowiedziach.
WNT, W-wa 1979
5.
Płoszajski G.: Automatyka. WSiP, W-wa 1995
6.
Siemieniako F., Gawrysiak M.: Automatyka i robotyka. WSiP, W-wa 1996
7.
Trybus L.: Regulatory wielofunkcyjne. WNT, W-wa 1992