1. Zdefiniować pojęcie automatyzacji i omówić jej właściwości

Automatyzacja to zespół środków technicznych mających na celu zastąpienie człowieka przy powtarzających się lub wymagających szybkiej reakcji czynnościach.

Właściwości:

• Przedmiotem automatyzacji są mechanizmy pracujące samoczynnie, wykonujące w ramach procesów produkcyjnych elementarne operacje technologiczne

• Automatyzacja zapewnia samoczynne prowadzenie i kontrolę tych już zmechanizowanych elementarnych operacji orz celowo zaprojektowane i technologicznie uzasadnione zespolenie tych operacji w sposób zapewniający optymalny przebieg procesu

• Automatyzacja wymaga jedynie pośredniego udziału człowieka w procesie produkcyjnym. Przebieg działań zachodzących wewnątrz zautomatyzowanych urządzeń nie jest uzależniony od biologicznych możliwości człowieka, zależy jedynie od jakości zastosowanych elementów konstrukcyjnych i ich niezawodności.

• W stadium automatyzacji do człowieka należą następujące zadania: rozwiązywanie zadań związanych z automatyzowaniem technologii procesów produkcyjnych; projektowanie urządzeń zautomatyzowanych; ustalanie i układanie pełnych programów; instalowanie, konserwacja, naprawy

• Spełnienie celów stawianych w procesie automatyzacji wymaga: zbierania, rozróżniania i logicznego przetwarzania informacji; podejmowanie właściwych decyzji i ich realizacji

2. Rodzaje automatyzacji

• Automatyzacja przemysłowa (sterowanie, pomiary, kontrola, sygnalizacja, rejestracja)

• Automatyzacja częściowa- sterowanie i regulacja zastosowane do pojedynczych maszyn

• Automatyzacja kompleksowa- zautomatyzowanie procesów technologicznych

• Automatyzacja pełna- zautomatyzowanie zakładu przy zastosowaniu maszyn cyfrowych wyznaczające optymalne programy procesów produkcyjnych

• Automatyzacja zabezpieczeniowa (sygnalizacja, blokady, zabezpieczenia)

• Wykrywanie i eliminacja (lub niedopuszczenie do wystąpienia) stanów awaryjnych mogących spowodować zagrożenie pracy urządzeń oraz zdrowia i życia ludzi

3. Zdefiniować pojęcia elementu i układu automatyki

Elementem automatyki (lub członem) nazywa się dowolny zespół, przyrząd czy urządzenie występujące w układzie automatyki, spełniający proste funkcje, w którym można wyróżnić sygnał wejściowy i wyjściowy (np. czujnik, silnik, wzmacniacz, itp.)

Podział układów automatyki:

• Ze względu na zadanie:

• Układy regulacji stałowartościowej (stabilizujące)

• Układy programowe ( w których wartość regulowana zadana jest określoną (z góry znaną) funkcją czasu)

• Układy nadążane (zadaniem układu jest powodowanie nadążenia wielkości sterowanej ze zmianami wielkości zadanej, np. serwomechanizmy)

• Układy sterowania optymalnego (zadanie układu polega na maksymalizacji lub minimalizacji funkcji wielu zmiennych)

• Ze względu na sposób działania elementów układu:

• O działaniu ciągłym

• O działaniu dyskretnym (przekaźnikowe i impulsowe)

• Ze względu na liniowość elementów:

• Liniowe (wszystkie elementy o prostoliniowych charakterystykach statycznych)

• nieliniowe

• ze względu na sposób zbierania informacji i obiekcie

• otwarty

• zamknięty

• otwarty z pomiarem zakłóceń- kompensacyjny

• inne

4. Omówić różnicę między otwartym i zamkniętym elementarnym układem automatyki

Zamknięty: regulacja- oddziaływanie na obiekt zależne od wielkości otrzymywanych na wyjściu (np. stacja radiowa- dostrojenie)

Otwarty: sterowanie- zamierzone oddziaływanie przynoszące pożądany efekt procesu sterowania (np. włączenie grzejnika o określonej mocy)

5. Podać schemat blokowy układu automatycznej regulacji- omówić działanie

6. Opisać sposoby łączenia elementów w układach blokowych przedstawiających działanie układów automatyki

7. Opisać czwórnik bierny RLC jako element automatyki

Czwórnikami biernymi nazywa się takie czwórniki, które oddają odbiornikowi przyłączonemu do wyjściowych co najwyżej tyle mocy czynnej ile otrzymują na wejściu (nie zawierające źródeł prądu ani napięcia). Spełniają one (czwórniki) warunek równości prądów na wejściu i warunek równości prądów na wyjściu. Układy pasywne są zbudowane z elementów pasywnych, do których należy rezystor, kondensator, cewka indukcyjna, cewki sprężone magnetycznie, transformator.

8. W jakim celu stosuje się transmitancję Laplace'a - omówić sposób wyznaczania

Stosuje się aby uprościć obliczanie transmitancji. Ma ona na celu zamianę równań różniczkowo-całkowych na równania algebraiczne

Przekształcenie Laplace'a

F(s)=L{f(t)} F(s)=⌠f(t)e^stdt f(t)=0 dla t<0

s=a+bj j=√-1

Przekształcenie odwrotne

f(t)=L^-1{F(s)}

f(t)=1/2πj ⌠F(s)e^stds

9. Co to są charakterystyki częstotliwościowe i w jakim celu się je wyznacza

10. Jakich informacji o układzie dostarcza transmitancja operatorowa

Na podstawie transmitancji operatorowej można badać np. stabilność układu. Jeśli na wejście elementu lub układu wprowadzimy wymuszenie sinusoidalne o stałej częstotliwości to na wyjściu po zaniknięciu stanu przejściowego ustali się odpowiedź sinusoidalna o tej samej częstotliwości, ale o innej amplitudzie i fazie niż wymuszenie

11. Empiryczny sposób wyznaczania charakterystyk częstotliwościowych

12. Teoretyczny sposób wyznaczania charakterystyk częstotliwościowych

13. Co to jest charakterystyka statyczna - sposób wyznaczania. Pojęcie punktu pracy, linearyzacja

Charakterystyka statyczna- zależność sygnału wyjściowego do wejściowego zachodzącym w stanie ustalonym

Punkt pracy- przeprowadza się ją dla określonego otoczenia wybranego punktu charakterystyki gdy w rzeczywistych układach zależność charakterystyki statycznej nie jest linią prostą. Przybliżanie charakterystyki nieliniowej odcinkiem linii prostej nazywamy linearyzacją charakterystyki

Linearyzacja pozwala określić wartość współczynnika wzmocnienia k w niewielkim otoczeniu punktu pracy (wzmocnienie bywa zależne od wartości sygnału wejściowego)

14. Zdefiniować pojęcie właściwości dynamicznych układu

Właściwości dynamiczne układu określają zachowanie się bloków w stanach nieustalonych po zmianie wartości sygnałów wejściowych oraz zależności czasowe między sygnałami wejściowymi i wyjściowymi.

15. Omówić sygnały próbne stosowane w automatyce

Sygnały próbne stosuje się w celu określenia właściwości dynamicznych elementu na jego wejście

• Wymuszenie skokowe( skok jednostkowy)- w wyniku otrzymujemy odpowiedź na skok jednostkowy która jest obrazem zachowania się elementu w stanie nieustalonym np. po załączeniu

• Funkcja impulsowa Dirac'a- w wyniku odpowiedź impulsowa na podstawie której można wnioskować o zachowaniu elementu po wystąpieniu krótkotrwałego zakłócenia

• Sygnał sinusoidalnie zmienny o regulowanej częstotliwości- w efekcie charakterystyki częstotliwościowe elementu

16. Zdefiniować pojęcie statyczności układu

17. Omówić konsekwencje periodyczności obiektu regulacji dla jakości regulacji

18. Zdefiniować pojęcie stabilności układu

Stabilność układu automatycznej regulacji- niezbędny warunek pracy układu automatycznej regulacji mówiący o tym że układ po wyprowadzeniu go ze stanu równowagi sam powraca do tego stanu. Ponieważ stan równowagi może być różnie interpretowany stosuje się także definicje stabilności wg Laplace'a która mówi, że układ liniowy jest stabilny jeżeli jego odpowiedź na wymuszenie (zakłócenie) o ograniczonej wartości jest ograniczona.

19. Podać warunek stabilności układu ( nie kryteria)

Warunkiem koniecznym i wystarczającym stabilności UAR jest aby wszystkie pierwiastki równania charakterystycznego były ujemne lub miały części rzeczywiste ujemne. Jeżeli chociaż jeden z pierwiastków jest dodatni lub ma część rzeczywistą dodatnią to układ jest niestabilny.

20. Kryterium Hurwitz'a

Pierwiastki równania charakterystycznego układu zamkniętego będą znajdować się w lewej półpłaszczyźnie płaszczyzny zmiennej zespolonej s (układ będzie stabilny) jeśli spełnione zostaną 2 warunki:

• Wszystkie współczynniki równania charakterystycznego istnieją i są większe od 0

• Wszystkie podwyznaczniki wyznacznika głównego (posiadające n wierszy i n kolumn\0 muszą być większe od 0

W przeciwnym razie układ jest niestabilny. Jeśli jednak któryś z podwyznaczników jest równy zeru, a pozostałe warunki są spełnione, to układ znajduje się na granicy stabilności. W praktyce nie jest konieczne sprawdzanie drugiego warunku dla podwyznaczników D₁ i D₂, gdyż D₁=a_n-1 oraz Dn=a_nD_n-1

21. Kryterium Nyquista

Układ zamknięty jest stabilny jeżeli charakterystyka amplitudowo-fazowa układu otwartego nie obejmuje punktu (-1,j0)

22. Kryterium Michajłowa

Równanie charakterystyczne układu zamkniętego ma wszystkie pierwiastki w lewej półpłaszczyźnie płaszczyzny zmiennej zespolonej s, jeśli przyrost argumentu równania charakterystycznego w postaci widmowej R(jω) przy zmianie pulsacji ω od 0 do ∞ wynosi nπ/2 gdzie n jest stopniem równania. R(jω) nazywa się holografem Michajłowa

23. Zdefiniować pojęcia sterowalności i obserwowalności

Sterowalność- zajmuje się rozstrzyganiem problemu czy w określonym czasie badany obiekt można przeprowadzić ze stanu początkowego do końcowego.

Obserwowalność- układ nazywamy w pełni obserwowalny jeśli istnieje taka skończona chwila tk, że na podstawie znajomości sterowania u(to;tk) i odpowiedzi y(to,tk) można wyznaczyć stan początkowy Xo w chwili to. Stan nazywamy obserwowalnym jeśli istnieje taka liczb an, że na podstawie znajomości wyjść yo…y(n-1) można wyznaczyć stan obiektu.

24. Omówić, z punktu widzenia automatyki, człony elektryczne zasilające i przesyłowe

25. Omówić elementy RLC (ich możliwy wpływ na układ automatycznej regulacji)

26. Omówić, z punktu widzenia automatyki, człony hydrauliczne zasilające i przesyłowe

27. Omówić, z punktu widzenia automatyki, człony pneumatyczne zasilające i przesyłowe

28. Zdefiniować pojęcie członu pomiarowego - omówić budowę

Członami pomiarowymi nazywamy człony celowo przetwarzające wielkości niezbędne do realizacji procesu sterowania, zewnętrzne w stosunku do urządzenia automatycznego na sygnały o postaci wykorzystywanej w układzie automatycznej regulacji. Najczęściej człon pomiarowy jest układem złożonym z kilku elementów składowych takich jak czujnik określany czasem jako przetwornik pierwotny oraz przetworniki wtórne i końcowe. Przetwornik złożony składa się z bloków, w których następuje przetwarzanie informacji pomiarowej lub jej przesył (tor pomiarowy). Na rysunku przedstawiono schemat blokowy oraz funkcje przetwornika pomiarowego, złożonego.

29. Omówić sposoby pomiaru pośredniego i bezpośredniego wielkości fizycznej

Sposób pomiaru bezpośredniego- jeśli wynik pomiaru wartości wielkości otrzymano metodą bezpośredniego porównania z inną wartością tej wielkości obranej za jednostkę.

Sposób pomiaru pośredniego- polega na zmierzeniu wielkości fizycznych nie będących głównym celem pomiaru- wynik otrzymuje się w wyniku obliczeń w oparciu o wzory (temperatura).

30. Z czego wynika dokładność pomiaru

31. Co to jest i jak określić dokładność przyrządu pomiarowego

32. Omówić przyczyny występowania błędów dodatkowych

Błędy dodatkowe- są to błędy których źródłem są zmiany właściwości przyrządów pomiarowych i obiektu pomiaru pod wpływem zmian warunków pomiaru w stosunku do przyjętych jako warunki odniesienia. Cechą charakterystyczną błędów dodatkowych jest to że ich wartości zmieniają się przy ustalonej wartości wielkości mierzonej, wg znanego prawa jako funkcje wielkości wpływowych. Normalne warunki wpływowe i wartości błędów dodatkowych podawane są przez producentów aparatury pomiarowej.

33. Czym różni się aparatura laboratoryjna od przemysłowej

Aparatura laboratoryjna- pomiary laboratoryjne mają na celu jednorazowe zdobycie informacji o układzie badanym, istotna jest więc wiarygodność, dokładność natomiast nakład czasu i koszt aparatury mają znaczenie drugorzędne.

• Duża dokładność

• Łatwość eliminacji zakłóceń (zbędne dodatkowe zabezpieczenia)

• Łagodniejsze warunki eksploatacji (wilgotność, zapylenie, temperatura, mniejsze zagrożenia uszkodzeń mechanicznych)

• Większa uniwersalność (wielozakresowe i wielofunkcyjne)

• Trudniejsza obsługa (wykwalifikowany personel)

Aparatura przemysłowa- pomiary techniczne mają za zadanie zapewnić wystarczającą, stałą i aktualną informację o procesie badanym - istotna jest więc szybkość otrzymywania wyniku, koszt, łatwość odczytania i przetworzenie (wykorzystanie do przesyłu i sterowania układami automatyki

• Funkcjonalność

• Szybki odczyt wartości i trendu

• Trwałość (czas eksploatacji)

• Niezawodność (średni czas międzyawaryjny)

• Niezbędne jest zabezpieczenie przyrządów przed zakłóceniami, uszkodzeniami mechanicznymi, pyłoszczelność, kroploszczelność)

• Dokładność minimalna, konieczność ze względów technologicznych

• Małe płyty czołowe

• Niewiele elementów manipulacyjnych

• jednozakresowe

34. Porównać wady i zalety mierników cyfrowych i analogowych

35. Co to jest i do czego służy rejestrator (budowa)

36. Pomiar temperatury za pomocą termometrów nieelektrycznych

37. Pomiar temperatury za pomocą termometrów elektrycznych

38. Wymienić zjawiska fizyczne wykorzystywane do pomiaru temperatury

39. Wymienić i opisać znane typy bramek logicznych

Bramka logiczna- element konstrukcyjny maszyn i mechanizmów (dziś zazwyczaj układ scalony, choć podobne funkcje można zrealizować również za pomocą innych rozwiązań technicznych np. hydrauliki pneumatyki), realizujący fizycznie pewną prostą funkcję logiczną której argumenty (9zmienne logiczne) oraz sama funkcja mogą przybierać jedną z dwóch wartości np. 0 lub 1. Podstawowymi elementami logicznymi stosowanymi powszechnie w budowie układów logicznych są elementy realizujące funkcje logiczne: sumy (alternatywy), iloczynu (koniunkcji) i negacji.

Suma lub OR y=x1+x2

Iloczyn „i” AND y= x1*x2

Negacja „nie” NOT y=x

Negacja sumy „nie lub” NOR y= x1+x2 (na górze kreska)

Negacja iloczynu „nie i' NAND y=x1*x2 (na górze kreska)

40. Z jakich typów układów składają się urządzenia cyfrowe (omówić)

41. Podać sposoby przedstawiania funkcji układów kombinacyjnych

42. Jakie zadania spełnia w układzie regulator

Zadanie regulatora polega na wygenerowaniu odpowiedniego sygnału sterującego, aby sygnał wyjściowy obiektu regulacji w jak najkrótszym czasie osiągał wartość zadaną. W regulatorze następuje porównanie aktualnej wartości sygnału regulowanego z sygnałem wartości zadanej (określenie wartości uchybu regulacji) oraz wytworzenie sygnału sterującego według określonego algorytmu, o wartości zależnej od wartości uchybu regulacji i szybkości jego zmian.

43. Omówić ogólną budowę regulatora

44. Wady i zalety regulatorów bezpośredniego działania

45. Zasady regulacji dwustawnej (przebiegi)

46. Regulator typu PID

Regulator PID jest najbardziej uniwersalnym typem regulatora, dającym przy odpowiednim zakresie zmian nastaw możliwość dostosowania się do wymagań różnych obiektów. Regulator ten powstaje przez dołączenie do regulatora typu PI elementu różniczkującego (elementy typu D).

47. Wymienić elementy składowe układów zabezpieczeń, blokad i sygnalizacji

48. Zdefiniować awaryjne stany pracy urządzeń elektrycznych

49. Wymienić elementy zabezpieczające przed zwarciem (omówić zasadę działania)

50. Wymienić elementy zabezpieczające przed przeciążeniem (omówić zasadę działania)

51. Wymienić elementy zabezpieczające przed porażeniem obsługi (omówić zasadę działania)

52. Wymienić i omówić funkcje układów sygnalizacji

53. Omówić rodzaje blokad (cel stosowania)

54. Narysować schemat sterowania stycznika

55. Metody badania układu automatycznej regulacji. Z jakich elementów powinien składać się układ automatycznej regulacji ?

56. Narysować schemat blokowy układu regulacji temperatury

57. Jakie znasz sposoby zabezpieczania aparatury przed szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi, czy aparatura automatyki może być instalowana na wolnym powietrzu

58. Czy stosując w obiekcie zamiast jednego grzejnika dwa, przy niezmienionej zainstalowanej mocy można zmniejszyć oscylacje temperatury. Zaproponować układ sterowania który to umożliwi

59. Co trzeba wiedzieć o obiekcie aby dobrać do niego regulator

60. Porównać pojęcia: czujnika, członu pomiarowego, miernika i regulatora

61. W jakim celu stosuje się komputerowe sterowanie pomiarem

62. Czym różni się praca regulatora przy sterowaniu ręcznym i automatycznym

63. Jaką rolę pełni robot przemysłowy - podział robotów

64. Pozostałe zagadnienia objęte w ramach wykładu i ćwiczeń

Sygnał wejściowy (zewnętrzny bodziec)

Czujnik, sensor (przetwornik pierwotny)

Przetwornik wtórny (kompensacja zakłóceń, wzmocnienie, filtracja, komunikacja, urządzenia przesyłowe, A/C i in.

Inteligentny przetwornik - autodiagnostyka, logika, sterowanie

Przetwornik końcowy

- wizualizacja i rejestracja

Sygnał wyjściowy

---