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
ć% czynne  zmienia wielkość mierzoną na napięcie, prąd lub ładunek np. termopara.
ć% 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 odpowiedz
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
ć% rtęciowy, zmiana objętości pod wpływem temperatury
Szklane termometry są niezawodne i
" mechaniczne, wykorzystują zjawisko rozszerzalności ciepła metali, mają dużą
bezwładność, błąd 2-3%wyróżniamy
ć% bimetaliczne  dwa metale o różnej rozszerzalności cieplnej
ć% 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. y
ródłem 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.
ć% NTC  o ujemnej temperaturowym wsp. rezystancji
ć% PTC - o dodatnim temperatorowym wsp. rezystancji
ć% 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
ć% czujniki potencjometryczne
ć% czujniki indukcyjnościowe  przekształcenie sił na przesunięcie mchaniczne i
wykorzystaniu tego przesunięcia do zmiany indukcyjności elementów
obwodu elektrycznego.
ć% Czujniki transformatorowe
ć% resorwer
ć% selesyn
ć% induktosyn  podobna do resolwera
ć% 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.
ć% Tarcze kodowe  pomiar kątów
ć% linijka kodowa  pomiar przesunięć liniowych
1. Czujniki siły  pomiar siły za pomocą dowolnego elementu sprężystego i zastosowania
czyjnika połoczenia lub przesunięcia.
ć% Tensometryczne- oporowe  tensometr  zależność wygięcia od siły
ć% piezoelektryczne  polega na występowaniu na przeciwległych ściankach
niektórych kryształów ładunków elektrycznych o przeciwnym znaku pod
wpływem siły ściskającej ściany kryształu
ć% 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 wskaz
niki 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 bądz
do
bezpośredniej współpracy z określonym czujnikiem pomiarowym bądz
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]