Regulatory
Regulatory
Regulatory - podstawy
Regulatory - podstawy
Regulator w układzie regulacji
z
e u y
w
obiekt regulacji
urzÄ…dzenie
_ regulator obiekt
wykonawcze
regulacji
ym
y
element
pomiarowy
Regulator w układzie regulacji
Regulator w układzie regulacji
Regulator jest urządzeniem, któregozadaniemjest:
 porównanie zmierzonej wielkości regulowanej ym z
wielkością zadaną w i określenie wielkości uchybu
(błędu) regulacji e=w- ym ,
 wzależności od odchyłki regulacji, czasu jej trwania oraz
szybkości zmian wytworzenie sygnału wyjściowego
zwanego sygnałem sterującym u o takiej wartości aby
błądregulacji miał dostateczniemałą wartość,
 takie kształtowanie własności dynamicznych układu
regulacji aby układ był stabilny oraz zapewniał
wymaganą jakość regulacji.
Kryteria podziału regulatorów
Kryteria podziału regulatorów
" Biorąc pod uwagę sposób dostarczenia energii potrzebnej
donapęduelementuwykonawczego wyróżnia się;
 regulatory bezpośredniego działania, które
charakteryzują się tym, że energię potrzebną do napędu
elementu wykonawczego pobierajÄ… z obiektu regulacji za
pośrednictwem elementu pomiarowego (np. regulatory
temperatury, ciśnienia, przepływu itp.),
 regulatory o działaniu pośrednim, zasilane w energię
pomocniczÄ… z obcego z
ródła (np. elektryczne,
elektroniczne).
Kryteria podziału regulatorów
Kryteria podziału regulatorów
Regulatory zasilane energiÄ… pomocniczÄ… dzieli siÄ™ na:
" - elektryczne i elektroniczne,
" - pneumatyczne
" - hydrauliczne,
" - mechaniczne.
Kryteria podziału regulatorów
Kryteria podziału regulatorów
W zależności od postaci sygnału wyjściowego rozróżnia się
regulatory:
" - wyjściu ciągłym,
" - impulsowe,
" - dwustawne,
" - trójstawne.
Pod względem zmiany sygnału wyjściowego można podzielić
regulatory na:
" - analogowe,
" - cyfrowe.
Sygnały (wejściowe/wyjściowe) regulatora
Sygnały (wejściowe/wyjściowe) regulatora
W regulatorach elektrycznych sygnały wprowadzane i
wyprowadzane z regulatora dzielimy na sygnały
analogowe Aoraz sygnały cyfrowe D.
Wtechnice grzewczo-wentylacyjnej jako standardowe sygnały
analogowe wejściowe i wyjściowe stosujesię:
- napięcieozakresie 0/2do 10V,
- prÄ…d 0/4do 20mA,
- ciśnienie (regulatory pneumatyczne) 0,2do1,0bar
W niektórych wykonaniach regulatorów stosuje się jako
wielkość analogowÄ… wejÅ›ciowÄ… rezystancjÄ™ mierzonÄ… w ©.
Sygnały cyfrowe wejściowe i wyjściowe interpretowane są jako
informacjalubpoleceniezałącz/wyłącz.
Własności dynamiczne regulatorów
Własności dynamiczne regulatorów
Podstawowymkryteriumpodziału regulatorówsąich własności
dynamiczne, określające związek pomiędzy sygnałem
wyjściowym a odchyłką regulacji jako sygnałem
wejściowym.
Zewzględu nawłasności dynamiczne rozróżniamy regulatory:
- proporcjonalnetypuP,
- całkującetypu I,
- proporcjonalno-całkującetypuPI,
- proporcjonalno-różniczkujące typuPD,
- proporcjonalno-całkująco-różniczkujące typuPID.
Własności dynamiczne regulatorów
Własności dynamiczne regulatorów
" Charakterystyka dynamiczna regulatora jest opisywana w
postaci transmitancji jako stosunek transformaty U(s)
sygnału wyjściowego  wielkości sterującej u(t), do
transformaty E(t) sygnału wejściowego  uchybu regulacji
e(t).
U (s)
Gr (s) =
E(s)
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
W klasycznych sformułowaniach podstawowych własności
regulatorów rozróżnia się następujące charakterystyki
dynamiczne:
U (s)
Gr (s) = = K
" - proporcjonalnÄ… (P)
p
E(s)
U (s) 1
" - całkową (I)
Gr (s) = =
E(s) Tis
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
u
P Kp
Kp
t
u
ëÅ‚ öÅ‚
1
ìÅ‚
K
PI p
ìÅ‚1+ Ti s ÷Å‚
÷Å‚
Kp
íÅ‚ Å‚Å‚
Kp
t
Ti
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
ëÅ‚ öÅ‚
U (s) 1
ìÅ‚
Gr (s) = = K
" - proporcjonalno-całkową (PI)
p
ìÅ‚1+ Tis ÷Å‚
÷Å‚
E(s)
íÅ‚ Å‚Å‚
U (s)
" - proporcjonalno-różniczkową
Gr (s) = = K (1+ Td s)
p
E(s)
(PD)
" - proporcjonalno-całkowo-różniczkową
(PID)
ëÅ‚ öÅ‚
U (s) 1
ìÅ‚ ÷Å‚
Gr (s) = = K
p
ìÅ‚1+ Tis + Td s÷Å‚
E(s)
íÅ‚ Å‚Å‚
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
u
PD
K (1+ Td s)
p
Kp
t
u
ëÅ‚ öÅ‚
1
ìÅ‚ ÷Å‚
K
PID  idealny p
ìÅ‚1+ Tis + Td s÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
Kp
t
u
ëÅ‚ öÅ‚
1 Td s
ìÅ‚ ÷Å‚
K
PID - rzeczywisty p
ìÅ‚1+ Ti s + Ts +1÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
Kp t
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
gdzie:
Kp  współczynnik wzmocnienia,
1
X = Å"100[%] - zakres proporcjonalnoÅ›ci,
p
K
p
Ti  czas zdwojenia (całkowania),
Td  czas wyprzedzenia (różniczkowania).
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
Charakterystyki dynamiczne regulatorów
" Wielkości Kp, Ti, Td noszą nazwę nastaw dynamicznych
regulatora.
" Wregulatorach z energią pomocniczą można je nastawiać
w pewnych granicach tak aby uzyskać najlepszy efekt
regulacji.
" Współczynnik wzmocnienia Kp zwykle jest zastępowany
zakresemproporcjonalności Xp.
Nastawy dynamiczne regulatora
Nastawy dynamiczne regulatora
Zakres proporcjonalności Xp jest to procentowa część
pełnego zakresu zmian wielkości uchybu e, potrzebna do
wywołania pełnej zmiany wielkości sterującej u regulatora.
Zakres proporcjonalności jest często podawany w
jednostkach wielkości regulowanej. Na przykład w
przypadku regulatorów temperatury zakres
proporcjonalności podawany jest wkelwinach [K].
Wielkość ta oznacza o ile stopni ma się zmienić wielkość
regulowana, aby nastąpiła pełna zmiana wielkości sterującej
(np. pełneotwarcie/zamknięcie zaworu regulacyjnego).
Nastawy dynamiczne regulatora
Nastawy dynamiczne regulatora
Czas zdwojenia (całkowania) Ti dotyczy regulatorów typu
PI, których wielkość wyjściowa (sterująca) ma dwie
składowe: proporcjonalną up oraz całkującą ui.
Czas zdwojenia jest to czas potrzebny na to aby sygnał
składowej całkowej będący wynikiemdziałania całkującego
stał się równy sygnałowi będącemu wynikiem działania
proporcjonalnego.
Sygnał wyjściowy z regulatora PI (wypadkowy dla obu
oddziaływań) po czasie Ti zwiększa dwukrotnie swoją
wartość, stądpochodzi jego nazwa  czaszdwojenia.
Czas zdwojenia (całkowania) Ti
e
"e
t
I.
u
ui=up
up
t
Ti
I.
Charakterystyka skokowa PI
Nastawy dynamiczne regulatora
Nastawy dynamiczne regulatora
Czas wyprzedzenia Td dotyczy regulatorów PD i określa działanie
różniczkujące regulatora. Sygnał wyjściowy regulatorów tego typu ma
zarówno składową proporcjonalną up, jak i różniczkującą ud.
Czas wyprzedzenia jest czas, po którymsygnał wyjściowy z regulatora,
związany z działaniem proporcjonalnym zrówna się z sygnałem
pochodzącym od działania różniczkującego. Czas wyprzedzenia Td
wyznaczany jest jako odpowiedz
na zmienny w czasie uchyb regulacji
e(t).
Dzięki działaniu różniczkującemu regulator może bardzo silnie
reagować już na małe zmiany uchybu regulacji e(t), uprzedza więc
dalszy spodziewany wzrost uchybu przez odpowiednie oddziaływanie
naobiekt regulacji.
Czas wyprzedzenia Td
e
t
I.
u
up=ud
ud
t
Td
I.
Charakterystyka liniowa PD
Jakość regulacji
Jakość regulacji
" Ocena jakości regulacji polega na analizie dwóch stanów
układuregulacji:
- stanuprzejściowego (dokładność dynamiczna)
- stanuustalonego(dokładność statyczna).
" Dokładność dynamiczna określa zdolność układu do
wiernego i szybkiego śledzenia wartości zadanej.
" Dokładność statyczna określa zdolność układu do
utrzymywania wartości regulowanej jak najbliżej wartości
zadanej w stanie ustalonym tj. po zakończeniu stanu
przejściowego.
Jakość regulacji
Jakość regulacji
Uzyskanie wysokiej jakości regulacji uwarunkowane jest
między innymi optymalnymdoboremnastawregulatora.
Użytkownik ocenia zaprojektowany i zoptymalizowany układ
regulacji analizujÄ…c:
- stabilność układu,
- statyczny uchyb regulacji,
- przeregulowanie,
- czas regulacji (ustalania).
Jakość regulacji
Jakość regulacji
" Na rysunku pokazano przykładowy przebieg odchyłki
regulacji spowodowany zakłóceniem działającym na układ,
na którym zaznaczono ważniejsze wskaz
niki jakości
regulacji: e - odchyłka regulacji, emax - odchyłka
maksymalna, e1 - odchyłka oprzeciwnymznaku do emax,
" tr - czas regulacji
e
"e = 2 % lub 5%
e(t)
+"e
t
-"e
tr
max
e
1
e
Jakość regulacji
Jakość regulacji
" Układ jest stabilny, gdy wymuszenie lub zakłócenie
powoduje tylko chwilowe wytrącenie układu ze stanu
równowagi.
" Statyczny uchyb regulacji e jest to największa różnica
pomiędzy wartością sygnału zadanego w i aktualną
wartością sygnału regulowanego y zmierzona w stanie
ustalonym.
e = w  y
" Przeregulowanie µ to procentowa wartość maksymalnego
uchybu e1 o znaku przeciwnym do uchybu poczÄ…tkowego,
odniesiona do maksymalnego uchybu poczÄ…tkowego emax
(rys.).
e1
= Å"100%
emax
Jakość regulacji
Jakość regulacji
" Czasemregulacji tr nazywa się czas, po upływie którego
wartość uchybu e(t) nie przekracza wartości dopuszczalnej
"e.
" Najczęściej przyjmuje się "e w wysokości 2% wartości
zadanej w (ustalonej  y(")).
Dobór nastaw regulatora PID
Dobór nastaw regulatora PID
" Wymaganą jakość regulacji można uzyskać dzięki
odpowiedniemu doborowi nastrajanych wielkości
nazywanych nastawami regulatora.
" W przypadku regulatorów typu PID są to: zakres
proporcjonalności Xp, czas zdwojenia (całkowania) Ti oraz
czas wyprzedzenia (różniczkowania) Td.
" Opracowanowiele metoddoborunastawregulatorów.
" Najprostsza do stosowania jest metoda opublikowana w
1941 roku przez amerykańskich inżynierów J.G. Zieglera i
N.B. Nicholsa .
" Jest to metoda oparta na minimalizacji całki z modułu
uchyburegulacji (kryteriumcałkowe)
Dobór nastaw regulatora PID
Dobór nastaw regulatora PID
" Korzystanie z metody Zieglera - Nicholsa wymaga
wprowadzenia dwóch pojęć: wzmocnienia
krytycznego Kpkr oraz okresu drgań krytycznych
Tosc.
" Wzmocnienie krytyczne Kpkr jest to wzmocnienie
regulatora proporcjonalnego, który połączony
szeregowo z obiektem spowoduje znalezienie siÄ™
układu regulacji na granicy stabilności, a więc
pojawienie się niegasnących drgań okresowych.
Okres tych drgań nazywany jest okresem drgań
krytycznych Tosc.
Dobór nastaw regulatora PID
Dobór nastaw regulatora PID
Podczas realizacji doboru nastawnależy:
" Regulator PID ustawić na działanie P nastawiając:
Ti= Timax, Td=Tdmin.
" Zwiększać powoli wartość współczynnika
wzmocnienia Kp regulatora aż do momentu
pojawienia się niegasnących oscylacji na wyjściu z
układu, co jest równoznaczne z osiągnięciem
granicy stabilności.
" Zanotować wartość współczynnika wzmocnienia
Kp= Kpkr przy którym wystąpiły niegasnące
oscylacjei zmierzyć okres tychoscylacji Tosc.
Dobór nastaw regulatora PID
Dobór nastaw regulatora PID
Zależnie od typu regulatora oblicza się wartości nastaw
korzystając ze wzorów:
regulator P: Kp=0,5 Kpkr;
regulator PI: Kp=0,45 Kpkr, Ti=0,85 Tosc;
regulator PID:Kp=0,6 Kpkr, Ti=0,5 Tosc, Td=0,125Tosc.
Dobór nastaw regulatora PID
Dobór nastaw regulatora PID
Dla układów regulacji o znanymmodelu matematycznymlub
charakterystyce dynamicznej obiektu regulacji (znana stała
czasowa obiektu Tz, opóz
nienie To i wzmocnienie Ko )
Chien, Hrones i Reswick opracowali metodÄ™ pozwalajÄ…cÄ…
na obliczenie optymalnych nastaw według wzorów
podanychwtabeli 3.2.
Zależności tedotyczą dwu przypadków:
1. Przebieg wielkości regulowanej w zamkniętym układzie
regulacji po skokowym wymuszeniu zmiany wielkości
zadanej bez przeregulowania i z przeregulowaniem 20%
(rys. 3.3a).
2. Przebieg wielkości regulowanej w zamkniętym układzie
regulacji po skokowym wymuszeniu zmiany wielkości
zakłócającej z maksymalnie jednym przeregulowaniem lub
przeregulowaniemwielokrotnym(rys. 3.3b).
Przebieg wielkości regulowanej z 20 % przeregulowaniem
Przebieg wielkości regulowanej z 20 % przeregulowaniem
" a  odpowiedz
na skokowa zmianę wielkości zadanej,
" b  odpowiedz
na skokową zmianę wielkości zakłócającej
a
b
y
e2
y
= 0,2
e2
= 0,2
e1
e1
e2
e1
w2
w
e2
e1
Ä
Ä
w1
Dobór nastaw metodą opracowaną przez zespół autorski:
Dobór nastaw metodą opracowaną przez zespół autorski:
Chien, Hrones i Reswick
Chien, Hronesi Reswick
Dobór nastaw metodą opracowaną przez zespół autorski:
Dobór nastaw metodą opracowaną przez zespół autorski:
Chien, Hrones i Reswick
Chien, Hronesi Reswick
Dobór nastaw regulatorów cyfrowych
" Zasadnicza różnica pomiędzy metodami doboru nastaw
regulatorów analogowych i cyfrowych polega na tym, że w
obliczeniach nastaw regulatorów cyfrowych należy
uwzględnić częstotliwość próbkowania (ze względu na
próbkowanie sygnałów w regulatorach cyfrowych co
ustalony odstępczasu - cykliczny charakter pracy),
Dobór nastaw regulatora PID- samostrojenie
Dobór nastaw regulatora PID- samostrojenie
" Nowoczesne regulatory cyfrowe posiadajÄ… funkcjÄ™
samoadaptacji (samostrojenia), umożliwiającą każdemu
obwodowi regulacji automatyczne strojenie wartości zakresu
proporcjonalności, czasu zdwojenia (stała czasowa
całkowania) i czasu wyprzedzenia (stałaróżniczkowania).
" Funkcja samostrojenia powinna być uruchamiana przy
ustalonymstanie obiektu. Jej włączenie spowoduje zmiany
typu zwłocznego w obwodzie regulacji i systemrozpocznie
oscylację. Regulator będzie monitorował oscylacje i po
około5 oscylacjach zostaną obliczone parametry strojenia.
" Czas potrzebny do zakończenia samostrojenia zależy od
szybkości zmian danego systemu. Minimalny czas dla
szybkiego systemu to około 10 minut, ale dla wolniejszego
systemumożeprzekroczyć 40minut.
Dziękuję za uwagę !
Dziękuję za uwagę !
Regulatory cyfrowe
Regulatory cyfrowe
Wykład 12
Wykład 12
Regulacja DDC przy zastosowaniu
Regulacja DDC przy zastosowaniu
mikrokomputera
mikrokomputera
" Aktualnie w automatyzacji urządzeń i instalacji
technologicznych w inżynierii środowiska są powszechnie
stosowaneregulatory cyfrowe i sterowniki.
" Regulatorami cyfrowymi nazywane są małe urządzenia
mikroprocesorowe głównie realizujące funkcje regulacyjne
jak np.: cyfrowy regulator temperatury, cyfrowy regulator
przepływu itp.
" Bardziej rozbudowane urzÄ…dzenia mikroprocesorowe z
przewagÄ… funkcji sterowania nazywane sÄ… sterownikami.
Historia
Historia
" Pierwsze sterowniki cyfrowe powstały w USA pod koniec lat
sześćdziesiątych.
" W technice ogrzewania i klimatyzacji sÄ… stosowane od roku 1979
(Recknagel).
" Dawniej złożone układy sterowania i regulacji były wykonywane w
technice przekaz
nikowej, w postaci szaf sterowniczych z trwałym
okablowaniem. Po wprowadzeniu do automatyki techniki
mikroprocesorowej (komputerowej) układy przekaz
nikowe zostajÄ…
zastąpione przez bezpośrednie sterowanie cyfrowe DDC (Direct Digital
Control)  przykład z Opola.
" W sterowaniu cyfrowym działanie logiczne jest swobodnie
programowalne i może być zmieniane bez wymiany okablowania.
" Ograniczenie okablowania szaf sterowniczych oraz łatwość
wprowadzania zmian w algorytmach sterowania (zmiana programu)
znacznie obniżyły koszty budowy i modernizacji układów regulacji i
sterowania.
" Szybki rozwój techniki cyfrowej wlatach 90-tych spowodował obniżenie
kosztówurządzeń cyfrowych, dzięki temu stało się możliwe powszechne
zastosowanie mikrokomputerów do sterowania i regulacji różnych
procesów.
Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera
Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera
" Podstawowa różnica pomiędzy regulatorami analogowymi i
cyfrowymi polega na tym, że w regulatorach analogowych
sygnały analogowe ulegają ciągłej obróbce a wregulatorach
cyfrowych następuje zamiana sygnału analogowego na
cyfrowy (binarny) następnie obróbka sygnału i ponowna
zamiananasygnał analogowy (rys.).
Regulator cyfrowy
Mikro-
ym w
A/D D/A
komputer
Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera
Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera
" Ponadto sygnały w regulatorach cyfrowych są próbkowane
coustalony odstępczasu (cykliczny charakter pracy).
" Obliczenia cyfrowe wykonywane sÄ… tylko dla dyskretnego
czasu zamiast w sposób ciągły, potrzebny jest więc
impulsator po stronie wejściowej i ekstrapolator po stronie
wyjściowej.
Regulacja DDC
Regulacja DDC
Doistotnychzalet układówDDCnależy możliwość:
- realizacji dowolnie złożonych algorytmów sterowania,
włącznie ze sterowaniemoptymalnymi adaptacyjnym,
- ciągłego pomiaru i rejestracji wartości dowolnych parametrów
procesu,
- przetwarzania danychpomiarowych,
- wykrywania i sygnalizacji stanówawaryjnych,
- zwiększenia dokładności sterowania na skutek
dokładniejszej identyfikacji obiekturegulacji.
Cyfrowe układy scalają regulację, sterowanie i optymalizację.
Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego
Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego
Zegar
RAM EPROM CPU
chip chip mikro-
procesor
szyna danych
Moduł szyna adresów
Moduł
wejścia szyna sterowania
wyjścia
Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego
Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego
(mikrokomputera)
(mikrokomputera)
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
" Elementem głównym mikrokomputera jest mikroprocesor
CPU(Central ProcessingUnit).
" Jest to układ scalony składający się z trzech podstawowych
bloków:
- sekcji arytmetyczno-logicznej ALU(Arithmetic Logic Unit),
- sekcji sterowania,
- blokurejestrów.
" CPU tworzy jednostkę centralną, która rozumie
sformułowane w programie rozkazy i steruje składnikami
systemu wnadawanymprzez zegar takcie systemowym, w
zaprogramowanej kolejności.
" Wszystkie składniki są połączone ze sobą przewodem
zbiorczym.
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
" Sekcja sterowania pobiera instrukcje z pamięci i deszyfruje
je, kontroluje przepływinformacji pomiędzy poszczególnymi
podzespołami mikroprocesora, steruje sygnałami
czasowymi oraz zapewnia komunikację pomiędzy
elementami mikroprocesoraaurządzeniami zewnętrznymi.
" Sekcja arytmetyczno-logiczna wykonuje operacje
matematyczne i logiczne na słowach o długości 8, 16 lub 32
bitów, zależnie odwykonania mikroprocesora.
" Rejestry służą do przechowywania danych i adresów lub
jakorejestry pośredniczące.
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
" Mikroprocesor komunikuje się z pamięcią, w której
przechowywane sÄ… programy podstawowe, dane oraz
programy użytkowe.
" W pamięci roboczej RAM (Random Access Memory)
zapisywane są wyniki pośrednie. Mogą tam być
zapamiętywane dane zmienne, jak wartości zadane,
nastawy regulatora, harmonogramy czasowe.
" Dane te muszą pozostać wpamięci również po wyłączeniu
napięcia sieciowego, dlatego ta część mikrokomputera
posiadazasilanie bateryjne.
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
" W pamięci programowej są zapisane programy wprowadzane
producenta sterownika, projektanta systemu automatyki lub samego
użytkownika.
" W zależności od sposobu zapisu rozróżnia się następujące rodzaje
pamięci stałej:
 pamięć typu ROM (Read Only Memory), która zawiera informacje
zapisane przez producenta,
 pamięć typu EPROM (Erasable Programmable ROM); która
umożliwia kasowanie fabrycznie zapisanego programu przez
gaszenie światłemultrafioletowymi wprowadzenie przez projektanta
lubużytkownika nowego programu,
 pamięć typu EEPROM i Flash EPROM, która umożliwia
wprowadzanie zmian oprogramowania przy pomocy
oprogramowania narzędziowego z komputera zewnętrznego lub w
ograniczonymzakresie z panelu operatorskiego.
 wyłączenie zasilania elektrycznego sterownika nie powoduje utraty
danych zapisanych w pamięci typu ROM, EPROM, EEPROM i
FLASHEPROM.
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
" Moduły wejściowe i wyjściowe sprzęgają sterownik z
obiektem sterowania. Elementem modułów są przetworniki
analogowo-cyfrowe A/C i C/A oraz bloki wejść i wyjść
cyfrowych.
" Przetworniki stosowane sÄ… w celu wprowadzenia do
sterownika informacji o wielkości analogowej mierzonej na
obiekcie np. temperaturze, ciśnieniu, wilgotności, napięciu,
prÄ…dzieitp.
" Sygnały w postaci analogowej muszą być przetworzone na
sygnał cyfrowy, gdyż tylko w takiej postaci sterownik może
teinformacjewykorzystać.
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)
" W celu obniżenia kosztów sterownik wyposażony jest w
jeden przetwornik A/C oraz multiplekser, który jest
urządzeniemprzełączającymsygnały analogowe.
" Multiplekser wybiera i doprowadza do przetwornika A/C
kolejnesygnały.
" Sterowanie urządzeniami wykonawczymi układu regulacji
może być realizowane przy pomocy sygnałów cyfrowych i
analogowych. Wszystkie sygnały wychodzące z
mikrokomputera majÄ… charakter binarny, dlatego w celu
wytworzenia sygnałów analogowych na wyjściu ze
sterownika stosowane sÄ… przetworniki cyfrowo-analogowe
C/A.
" Do obsługi sygnałów analogowych wyjściowych nie stosuje
się multiplekserówlecz indywidualne przetworniki C/A
Rozwiązania sprzętowe sterowników
Rozwiązania sprzętowe sterowników
" Przyjmując budowę mechaniczną jako kryterium podziału
sterownikówmożnawymienić następującerodzaje:
- sterowniki kompaktowe,
- sterowniki kompaktowe rozszerzalne z możliwością
przyłączenia dodatkowych modułów we/wy,
- sterowniki modułowe,
- sterowniki modułowe z modułami rozproszonymi.
Sterowniki kompaktowe
Sterowniki kompaktowe
" Konstrukcja kompaktowa stosowana jest zwykle do małych
sterowników.
" W jednej obudowie sterownika mieszczÄ… siÄ™ wszystkie
niezbędne elementy tj. zasilacz, jednostka centralna, panel
operatorski (ekran z klawiaturą) oraz moduły wejścia i
wyjścia ookreślonej liczbie zacisków.
" Zaletą takiej budowy jest prostakonstrukcjai łatwy montaż.
" Małe sterowniki kompaktowe są wyposażone w pamięć
typu EPROM lub EEPROM z fabrycznie wprowadzonym
oprogramowaniem aplikacyjnym adresowanym do
konkretnych obiektów regulacji jak: węzeł ciepłowniczy,
centralawentylacyjna, małakotłownia.
Sterowniki kompaktowe
Sterowniki kompaktowe
" Użytkownik ma możliwość wprowadzenia przy pomocy
klawiatury zmiany zaprogramowanych przez producenta
wartości zadanych, nastaw dynamicznych oraz
harmonogramówczasowych.
" Jeżeli z jakiegoś powodu zmiany wprowadzone przez
użytkownika do pamięci typu EPROMzostaną skasowane 
np. wskutek przerwy w zasilaniu elektrycznym  po
przywróceniu zasilania sterownik będzie pracował według
nastawfabrycznych.
Sterowniki kompaktowe z bibliotekÄ…
Sterowniki kompaktowe z bibliotekÄ…
aplikacji
aplikacji
" W grupie sterowników kompaktowych dużą popularnością
cieszą się sterowniki wyposażone w bibliotekę fabrycznie
zaprogramowanych aplikacji.
" W zależności od automatyzowanego układu
technologicznego i realizowanych przez ten układ funkcji,
użytkownik przy pomocy klawiatury wybiera z pamięci
sterownika stosownÄ… aplikacjÄ™ (opisanÄ… przez producenta w
katalogu) i wprowadza wartości nastaw statycznych oraz
dynamicznych.
" Sterowniki tego typu szczególnie przydatne są w
automatyzacji typowych central wentylacyjnych oraz węzłów
ciepłowniczych.
Sterowniki kompaktowe swobodnie
Sterowniki kompaktowe swobodnie
programowalne
programowalne
" Większe sterowniki kompaktowe wyposażane są w pamięć
typu Flash EPROM dajÄ…cÄ… projektantowi systemu
możliwość wprowadzenia dowolnej własnej aplikacji.
" Taki sterownik nazywamy swobodnieprogramowalnym.
" Producenci sterowników swobodnie programowalnych
udostępniają projektantom fabryczne oprogramowanie
narzędziowe do programowania (konfigurowania)
sterowników.
" Większość producentów udostępnia oprogramowanie
narzędziowe odpłatnie na podstawie umowy licencyjnej,
zapewniając przy tymniezbędne szkolenie w korzystaniu z
oprogramowania.
Sterowniki swobodnie programowalne
Sterowniki swobodnie programowalne
" Dozalet sterownikówswobodnie programowalnych należy zaliczyć:
 możliwość tworzenia dowolnej koncepcji sterowania, zgodnie z
charakterystykÄ… automatyzowanego obiektu oraz wymaganiami
stawianymi przez użytkownika,
 łatwość dostosowania programu sterującego do zmian w układzie
technologicznym lub wymagań użytkownika obiektu przez korektę
lubnapisanie nowego programusterujÄ…cego,
 łatwość wprowadzania programu sterującego do sterownika przez
złącze szeregowe, najczęściej wstandardzie RS485,
 możliwość przenoszenia aplikacji na inne sterowniki obsługujące
podobne obiekty,
 możliwość włączania sterowników do sieci komputerowego
zarzÄ…dzania budynkami BMS (Building Management Systems) lub
energiÄ… EMS(Energy Managament Systems).
Sterowniki swobodnie programowalne
Sterowniki swobodnie programowalne
" Stosując sterowniki swobodnie programowalne należy się
liczyć z pewnymi trudnościami i dodatkowymi kosztami.
Należą donich:
 konieczność zakupu oprogramowania narzędziowego
wraz z komputerem serwisowym (typu laptop) i
interfejsami komunikacyjnymi do konfigurowania
sterowników,
 umiejętność tworzenia programów sterujących oraz
obsługi programównarzędziowych.
Sterowniki kompaktowe rozszerzalne
Sterowniki kompaktowe rozszerzalne
" Do automatyzacji większych obiektówjak: kotłownie, systemy wentylacji
i klimatyzacji, stosowane są sterowniki o odpowiednio dużej liczbie
wejść/wyjść oraz odpowiednio dużej pamięci programowej.
" PodstawowÄ… konstrukcjÄ… sterownika w tej grupie jest sterownik
kompaktowyrozszerzalny.
" Wskład tego sterownika wchodzi swobodnie programowalny sterownik
kompaktowy o określonej liczbie wejść/wyjść oraz dowolnie
konfigurowana dodatkowa liczba modułów rozszerzających w postaci
wejść/wyjść cyfrowych oraz analogowych.
" Moduły rozszerzające zawierają jedynie układy wejść/wyjść, które
połączone przewodem komunikacyjnym ze sterownikiem korzystają z
jegozasilacza, jednostki centralnej i pamięci.
" W przypadku niewystarczającej liczby wejść/wyjść jednostki
podstawowej użytkownik sam konfiguruje sterownik dobierając
odpowiednią liczbę i rodzaj modułów, łącząc je ze sterownikiem
kompaktowym.
Sterowniki modułowe
Sterowniki modułowe
" Sterowniki modułowe pod względem konstrukcyjnym są
podobnedotypowych sterownikówprzemysłowych.
" Specyfika ich budowy polega na wykonaniu w oddzielnych
obudowach modułówfunkcjonalnych tj. zasilacza, jednostki
centralnej, modułu komunikacyjnego oraz różnego rodzaju
modułówwejścia i wyjścia.
" Projektant każdorazowo, zależnie od automatyzowanego
obiektu, dobiera rodzaj i liczbę modułów łącząc je w
zależności od konstrukcji przez zabudowę w kasetach
(obudowa kasetowa) lub mechanicznie za pomocÄ…
odpowiednichzłącz.
Sterowniki z modułami rozproszonymi
Sterowniki z modułami rozproszonymi
" Sterowniki modułowe wykonywane są również w formie
rozproszonej z modułami wejść i wyjść łączonymi z
jednostkÄ… centralnÄ… kablemkomunikacyjnym.
" Stosuje się je głównie na bardzo rozległych obiektach, gdzie
doprowadzenie do sterownika sygnałówwejścia i wyjścia w
formie standardowych sygnałów elektrycznych prądowych
lub napięciowych wymagałoby wykonania bardzo
kosztownego okablowania.
" Wielożyłowe kable elektryczne zastępuje wówczas znacznie
krótszy i tańszy kabel komunikacyjny typuskrętka.
PRZYKA
ADY STEROWNIKÓW
PRZYKA
ADY STEROWNIKÓW
O
O
RÓŻNYCH KONSTRUKCJACH
RÓŻNYCH KONSTRUKCJACH
Regulator kompaktowy z fabrycznie
Regulator kompaktowy z fabrycznie
zaprogramowanÄ… aplikacjÄ….
zaprogramowanÄ… aplikacjÄ….
" Regulator temperatury ALBATROS® RVA33.121 firmy
Siemens
Regulator temperatury ALBATROS
Regulator temperatury ALBATROS
" Jest zaprogramowanym fabrycznie regulatorem
przeznaczonym do sterowania instalacji kotłowych
wyposażonych w:
" 1-stopniowy palnik,
" zasobnik ciepłej wody użytkowej,
" pompęładującą lub2-położeniowo sterowany zawór,
" pompę kotłową,
" pompÄ™ strefy grzewczej.
Regulator temperatury ALBATROS
Regulator temperatury ALBATROS
Podstawowe funkcjeregulacyjne:
" regulacja temperatury wody na wyjściu z kotła nadążna (pogodowa) lub
stałowartościowa, z wpływem lub bez wpływu czujnika temperatury w
pomieszczeniu poprzez: 1-stopniowy palnik,
" sterowanie pompÄ… obiegowÄ… c.o.,
" szybkie obniżenie i podwyższenie temperatury po okresach temperatury
komfortuoraz obniżonej,
" automatyczne wyłączenie ogrzewania (funkcja końca sezonu
ogrzewczego),
" sterowanie poprzez cyfrowy lub analogowy czujnik pomieszczeniowy, z
uwzględnieniem dynamiki budynku, automatyczne dopasowanie
wykresu regulacyjnego do budynku i zapotrzebowania ciepła (przy
podłączonymczujniku pomieszczeniowym).
Programowalne regulatory (sterowniki)
Programowalne regulatory (sterowniki)
kompaktowe z bibliotekÄ… aplikacji
kompaktowe z bibliotekÄ… aplikacji
Zastosowanie pamięci programowej typu Flash EPROM
stwarza możliwość fabrycznego wyposażania regulatoróww
bibliotekÄ™ aplikacji standardowych, adaptacji tych aplikacji
do danego obiektu sterowania a także tworzenia przez
użytkownika nowych aplikacji.
Dotej grupy możnamiędzy innymi zaliczyć:
" sterownik Excel (XL) 50firmy Honeywell,
" serię regulatorówSynco"!200firmy Siemens,
" oraz
" SC-9100firmy JohnsonControls Int.
Programowalne regulatory (sterowniki)
Programowalne regulatory (sterowniki)
kompaktowe z bibliotekÄ… aplikacji
kompaktowe z bibliotekÄ… aplikacji
Excel 50 firmy
Honeywell
Excel 50
" Excel 50dostępny jest wdwóch wersjach:
" 1. Wersja konfigurowalna (z modułami aplikacyjnymi
różnymi dla poszczególnych grup aplikacyjnych). Kod
aplikacji można wygenerować za pomocą programu
selekcyjnego LIZARD i wprowadzić do pamięci sterownika
zapomocÄ… pulpituoperatorskiego.
" 2. Wersja swobodnie programowalna (z modułami
aplikacyjnymi umożliwiającymi swobodne programowanie
aplikacji). Wykonanie i załadowanie oprogramowania
aplikacyjnego sterownika umożliwia program narzędziowy
CARE"!.
" Sterownik posiada 8 wejść analogowych i 4 wyjścia
analogowe oraz 4 wejścia cyfrowe i 6 wyjść cyfrowych.
Każde 2 wyjścia cyfrowe umożliwiają bezpośrednie 3-
położeniowe sterowanie siłownikiem.
Regulatory Synco"!200 (RLU2..) firmy Siemens
Regulatory Synco"! 200 (RLU2..) firmy Siemens
Regulatory Synco"!200 (RLU2..) firmy Siemens
Regulatory Synco"! 200 (RLU2..) firmy Siemens
" Są przeznaczone do stosowania w prostych i złożonych
instalacjach wentylacji, klimatyzacji i chłodzenia wodnego,
do regulacji następujących zmiennych: temperatury,
wilgotności, ciśnienia, przepływu powietrza, jakości
powietrza wpomieszczeniu oraz entalpii
" Każdy typ regulatora zawiera 39 zaprogramowanych
aplikacji.
" Podczas uruchamiania instalacji należy wprowadzić
odpowiedni typ instalacji bazowej. Wszystkie funkcje
związane z aplikacją, przyporządkowanie zacisków,
niezbędne ustawienia i wyświetlane obrazy są uaktywniane
automatycznie. Parametry, które nie są potrzebne, nie są
uaktywniane.
Regulatory Synco"!200 (RLU2..) firmy Siemens
Regulatory Synco"! 200 (RLU2..) firmy Siemens
" Ponadto każdy typ regulatora uniwersalnego ma
załadowane 2 puste aplikacje: jedną dla typu
podstawowego A (regulator wentylacyjny) oraz jednÄ… dla
typupodstawowego U(regulator uniwersalny).
" Przy użyciu wbudowanych elementów operatorskich lub
interfejsu komunikacyjnego regulator oferuje następujące
możliwości:
- uaktywnianie zaprogramowanej aplikacji,
- modyfikowaniezaprogramowanej aplikacji,
- swobodnekonfigurowanie dostępnychaplikacji.
" Regulatory z serii Synco"!200, zależnie od typu posiadają
do: 5 wejść uniwersalnych (rezystancyjne i napięciowe 0-
10V), 2 wejść cyfrowych, 3 wyjść analogowych (napięciowe
0-10V), 6wyjść cyfrowych.
Regulator cyfrowy SC-9100 firmy
Regulator cyfrowy SC-9100 firmy
Johnson Controls
Johnson Controls
Regulator cyfrowy SC-9100
Regulator cyfrowy SC-9100
" Regulator może posiadać w pamięci do 100
zaprogramowanych przez producenta gotowych aplikacji, do
wykorzystania w automatyzacji instalacji grzewczych,
wentylacyjnych i klimatyzacyjnych.
" Program aplikacyjny jest wybierany i dopasowywany przez
zmianę parametrówpodczas uruchamiania.
" W polu odczytowym regulatora wyświetlane są informacje
dotyczące numeru katalogowego aplikacji, stanu wejść i
wyjść oraz sterowania.
" Używając interfejsu komunikacyjnego można
zaprogramować nowe aplikacje dopasowane do potrzeb
użytkownika.
Regulator cyfrowy SC-9100
Regulator cyfrowy SC-9100
" Regulator posiada:
" 4 wejścia analogowe (2 napięciowe 0-10 V dc i 2
rezystancyjne NTC),
" 2wejścia cyfrowe,
" 3wyjścia analogowe (napięciowe 0-10Vdc),
" 2wyjścia cyfrowe triakowe,
" oraz 1 wyjście cyfrowe przekaz
nikowe.
Swobodnie programowalne sterowniki
Swobodnie programowalne sterowniki
rozszerzalne
rozszerzalne
Typowymi przedstawicielami tej grupy sterownikówsą:
" DX 9100 z modułami wejść/wyjść XT/XP firmy Johnson
Controls Int.
" oraz sterowniki Xenta 300 z modułami wejść/wyjść serii
XENTA400firmy TAC
Rozszerzalny sterownik DX-9100 firmy Johnson
Rozszerzalny sterownik DX-9100 firmy Johnson
Controls
Controls
Rozszerzalny sterownik DX-9100
Rozszerzalny sterownik DX-9100
" Wwersji DX9126posiada:
" 8 wejść analogowych (napięciowe 0-10 Vdc, prądowe 0/4-
20mAdc, rezystancyjne),
" 8wejść cyfrowych bezpotencjałowych,
" 6wyjść cyfrowych triakowych,
" 4 wyjścia analogowe (napięciowe 0-10 Vdc lub prądowe
0/4-20mAdc)
" oraz 4 wyjścia analogowe napięciowe0-10Vdc.
" W przypadku, gdy jest wymagana większa liczba
wejść/wyjść możnadołączyć dodatkowemoduły XT/XP.
" Maksymalna liczba przyłączonych modułów
rozszerzających XT/XP nie może przekroczyć liczby 64
wejść/wyjść.
TAC Xenta 300
TAC Xenta 300
TAC Xenta 300
TAC Xenta 300
" TAC Xenta 300 jest sterownikiem o ustalonych 20
wejściach/wyjściach z możliwością przyłączenia dwóch
modułów rozszerzających o dalsze 20 wejść/wyjść oraz
przenośnegopaneluoperatorskiego.
" Sterownik jest adresowany do sterowania systemów
grzewczych i klimatyzacyjnych.
" Programowanie odbywa siÄ™ z komputera przy pomocy
programunarzędziowego TAMenta.
" Do bieżącej obsługi serwisowej regulatora służy przenośny
panel operatorski wyposażony w 6 przyciskową klawiaturę
oraz wyświetlacz LCD. Panel umożliwia zmianę nastaw,
kontrolę parametróworaz obserwowanie trendów.
" Sterownik posiada bufor pamięci umożliwiający
zarchiwizowanie do2000wartości wybranych wielkości.
Sterowniki modułowe WAGO
Sterowniki modułowe WAGO
Sterowniki modułowe WAGO
Sterowniki modułowe WAGO
" Do modułu sterownika mogą być przyłączane moduły wejść
i wyjść w łącznej ilości do 248 wejść/wyjść cyfrowych lub
124wejść/wyjść analogowych.
" Moduły wejść/wyjść są wykonywane wwersjach 1, 2, 4 oraz
8kanałowych.
" Zastosowana konstrukcja umożliwia szybkie mechaniczne
łączenie modułów, dużą niezawodność, odporność na
drganiai niewymaga konserwacji.
" Firma oferuje także moduły w wykonaniu
przeciwwybuchowymEX.
" Sterownik sieciowy WAGO pracuje wsystemach LonWorks
i ETHERNETTCP/IP
Sterownik modułowy Excel 500
Sterownik modułowy Excel 500
Excel 500 firmy Honeywell
Excel 500 firmy Honeywell
" Sterownik jest produkowany w wersji kasetowej
oraz w wersji z modułami wejść/wyjść w formie
rozproszonej.
" Moduł jednostki centralnej (procesora), moduł
zasilacza oraz moduły komunikacyjne montowane
są wyłącznie wkasetach.
" Moduły wejść/wyjść analogowych i cyfrowych są
wykonywane w formie kasetowej (do montażu w
kasetach) oraz w formie rozproszonej do montażu
na szynie DIN, umieszczanej na automatyzowanym
obiekcie w pobliżu elementów pomiarowych i
urządzeń wykonawczych.
Excel 500 firmy Honeywell
Excel 500 firmy Honeywell
" Każdy moduł rozproszony posiada procesor ECHELON
dzięki czemu komunikuje się ze sterownikiem poprzez
interfejs komunikacyjny LonWorks.
" Magistrala komunikacyjna LonWorks łącząca moduły
rozproszone z jednostkÄ… centralnÄ… jest wykonana wpostaci
2-żyłowego kabla typuskrętka.
" Do jednego sterownika można przyłączyć maksymalnie 16
modułówwejść i wyjść co odpowiada obsłudze 128 punktów
fizycznych oraz maksymalnie256punktomprogramowym.
" Moduł jednostki centralnej jest wyposażony w 16-bitowy
mikroprocesor oraz pamięć programową typu Flash
EPROM.
Kryteria doboru regulatorów cyfrowych
Kryteria doboru regulatorów cyfrowych
(sterowników)
(sterowników)
" . Dobrany regulator powinien posiadać:
 możliwość przyłączenia niezbędnej ilości i rodzajów
sygnałówwejściowych i wyjściowych,
 możliwość realizacji wszystkich niezbędnych funkcji z
zakresu regulacji i sterowania instalacji technologicznej;
zaprogramowanych i wpisanych do pamięci programowej
przez producenta lub niezbędną pojemność pamięci
regulatora swobodnie programowalnego do
wprowadzenia aplikacji wykonanej przez programistÄ™.
 w przypadku regulatorów swobodnie programowalnych
dostępny i przyjazny dla użytkownika program
narzędziowy doprogramowania (konfigurowania),
Kryteria doboru regulatorów cyfrowych
Kryteria doboru regulatorów cyfrowych
(sterowników) c.d.
(sterowników) c.d.
 dla regulatorów przewidzianych do pracy w sieci BMS
protokół komunikacji kompatybilny z zastosowanym
systememkomputerowym,
 wymagany zakres dopuszczalnych parametrówklimatu w
otoczeniuregulatora,
 wymagany rodzaj zasilania (np. napięciembezpiecznym
24V),
 dogodny sposób zabudowy (na ścianie, wewnątrz szafy
naszynie DINlubwelewacji szafy),
Kryteria doboru regulatorów cyfrowych
Kryteria doboru regulatorów cyfrowych
(sterowników) c.d.
(sterowników) c.d.
 możliwość obsługi regulatora z paneluoperatorskiego,
 niezawodność,
 dostępny autoryzowany serwis.
- koszt regulatora porównywalny z kosztami innych
regulatorów podobnej klasy,
- możliwie niski koszt okablowania pomiędzy
regulatorem a urzÄ…dzeniami pomiarowymi i
wykonawczymi (aparaturą polową) np. przy dużych
obiektachmożliwość stosowania modułów
rozproszonych.
Dziękuję za uwagę !
Dziękuję za uwagę !