plik


ÿþMINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Urszula Ran U|ytkowanie systemów automatyki 311[40].Z3.03 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji  PaDstwowy Instytut Badawczy Radom 2007  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego Recenzenci: mgr in|. Aukasz Orzech mgr in|. Piotr Chudeusz Opracowanie redakcyjne: mgr in|. Danuta PaweBczyk Konsultacja: mgr in|. Gabriela Poloczek Poradnik stanowi obudow dydaktyczn programu jednostki moduBowej 311[40].Z3.03  U|ytkowanie systemów automatyki , zawartego w moduBowym programie nauczania dla zawodu technik wiertnik. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji  PaDstwowy Instytut Badawczy, Radom 2007  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 1 SPIS TREZCI 1. Wprowadzenie 4 2. Wymagania wstpne 6 3. Cele ksztaBcenia 7 4. MateriaB nauczania 8 4.1. Sterowanie a regulacja 8 4.1.1. MateriaB nauczania 8 4.1.2. Pytania sprawdzajce 11 4.1.3. wiczenia 11 4.1.4. Sprawdzian postpów 13 4.2. Urzdzenia automatyki w wiertnictwie 14 4.2.1. MateriaB nauczania 14 4.2.2. Pytania sprawdzajce 16 4.2.3. wiczenia 17 4.2.4. Sprawdzian postpów 18 4.3. Przetworniki pomiarowe 19 4.3.1. MateriaB nauczania 19 4.3.2. Pytania sprawdzajce 26 4.3.3. wiczenia 27 4.3.4. Sprawdzian postpów 28 4.4. Rodzaje regulatorów 29 4.4.1. MateriaB nauczania 29 4.4.2. Pytania sprawdzajce 32 4.4.3. wiczenia 32 4.4.4. Sprawdzian postpów 33 4.5. Elementy wykonawcze 34 4.5.1. MateriaB nauczania 34 4.5.2. Pytania sprawdzajce 37 4.5.3. wiczenia 37 4.5.4. Sprawdzian postpów 37 4.6. Silniki 38 4.6.1. MateriaB nauczania 38 4.6.2. Pytania sprawdzajce 40 4.6.3. wiczenia 40 4.6.4. Sprawdzian postpów 41 4.7. Wybrane ukBady sterowania elektropneumatycznego 42 4.7.1. MateriaB nauczania 42 4.7.2. Pytania sprawdzajce 43 4.7.3. wiczenia 43 4.7.4. Sprawdzian postpów 44 4.8. Wybrane ukBady sterowania elektrohydraulicznego 45 4.8.1. MateriaB nauczania 45 4.8.2. Pytania sprawdzajce 47 4.8.3. wiczenia 47 4.8.4. Sprawdzian postpów 48  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 2 4.9. Zastosowanie elektroniki do prac wiertniczych 49 4.9.1. MateriaB nauczania 49 4.9.2. Pytania sprawdzajce 52 4.9.3. wiczenia 52 4.9.4. Sprawdzian postpów 53 4.10. Elektroniczne monitorowanie prac wiertniczych 54 4.10.1. MateriaB nauczania 54 4.10.2. Pytania sprawdzajce 57 4.10.3. wiczenia 57 4.10.4. Sprawdzian postpów 57 5. Sprawdzian osigni 58 6. Literatura 63  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 3 1. WPROWADZENIE Poradnik bdzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z zakresu u|ytkowania systemów automatyki. W poradniku zamieszczono: wymagania wstpne  wykaz umiejtno[ci, jakie powiniene[ mie ju| uksztaBtowane, aby[ bez problemów mógB korzysta z poradnika, cele ksztaBcenia  wykaz umiejtno[ci, jakie uksztaBtujesz podczas pracy z poradnikiem, materiaB nauczania  podstawowe wiadomo[ci teoretyczne niezbdne do opanowania tre[ci jednostki moduBowej, zestaw pytaD przydatny do sprawdzenia, czy ju| opanowaBe[ tre[ci zawarte w rozdziaBach, wiczenia, które pomog Ci zweryfikowa wiadomo[ci teoretyczne oraz uksztaBtowa umiejtno[ci praktyczne, sprawdzian postpów, sprawdzian osigni  przykBadowy zestaw zadaD i pytaD. Pozytywny wynik sprawdzianu potwierdzi, |e dobrze pracowaBe[ podczas zaj i |e nabyBe[ wiedz i umiejtno[ci z zakresu tej jednostki moduBowej, literatur uzupeBniajc. Z rozdziaBem Pytania sprawdzajce mo|esz zapozna si: przed przystpieniem do rozdziaBu MateriaB nauczania  poznajc wymagania wynikajce z zawodu, a po przyswojeniu wskazanych tre[ci, odpowiadajc na te pytania sprawdzisz stan swojej gotowo[ci do wykonywania wiczeD, po opanowaniu rozdziaBu MateriaB nauczania, by sprawdzi stan swojej wiedzy, która bdzie Ci potrzebna do wykonywania wiczeD. Kolejny etap to wykonywanie wiczeD, których celem jest uzupeBnienie i utrwalenie wiadomo[ci z zakresu stosowania ukBadów automatycznej regulacji. Wykonujc wiczenia przedstawione w poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela, bdziesz analizowaB, m.in. zasad dziaBania i zastosowanie gBowicy przeciwerupcyjnej, dziaBanie ukBadu regulacji na podstawie jego schematu, rozró|niaB przetworniki pomiarowe, testowaB ró|ne elementy automatyki, montowaB i testowaB ukBady regulacji: temperatury, poziomu oraz ci[nienia, obsBugiwaB urzdzenia wiertnicze sterowane komputerowo. Po wykonaniu zaplanowanych wiczeD, sprawdz poziom swoich postpów wykonujc Sprawdzian postpów. Odpowiedzi  Nie wskazuj luki w Twojej wiedzy, informuj Ci równie|, jakich zagadnieD jeszcze dobrze nie poznaBe[. Oznacza to tak|e powrót do tre[ci, które nie s dostatecznie opanowane. Poznanie przez Ciebie wszystkich lub okre[lonej cz[ci wiadomo[ci bdzie stanowiBo dla nauczyciela podstaw przeprowadzenia sprawdzianu poziomu przyswojonych wiadomo[ci i uksztaBtowanych umiejtno[ci. W tym celu nauczyciel mo|e posBu|y si zadaniami testowymi. W poradniku jest zamieszczony sprawdzian osigni, który zawiera przykBad takiego testu oraz instrukcj, w której omówiono tok postpowania podczas przeprowadzania sprawdzianu i przykBadow kart odpowiedzi, w której, w przeznaczonych miejscach zakre[l wBa[ciwe odpowiedzi spo[ród zaproponowanych. Jednostka moduBowa:  U|ytkowanie systemów automatyki , jest trzeci z moduBu:  Sterowanie i napdy urzdzeD wiertniczych  schemat 1. Obejmuje zagadnienia dotyczce systemów automatyki w wiertnictwie. Zawiera ona tre[ci zwizane z elektronicznym sterowaniem procesami wiertniczymi oraz zastosowaniem urzdzeD elektronicznych do monitorowania robót wiertniczych. Szczególnie wa|ne jest opanowanie przez Ciebie umiejtno[ci obsBugi i u|ytkowania programów komputerowych przeznaczonych do sterowania i monitorowania robót wiertniczych.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 4 BezpieczeDstwo i higiena pracy W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzega regulaminów, przepisów bhp i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpo|arowych, wynikajcych z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te poznaBe[ ju| podczas realizacji wcze[niejszych jednostek moduBowych. Podczas realizacji wiczeD bd przypominane przepisy bhp, do których musisz si stosowa. 311[40].Z3 Sterowanie i napdy urzdzeD wiertniczych 311[40].Z3.01 ObsBugiwanie urzdzeD dzwigowych i napdowych 311[40].Z3.03 U|ytkowanie systemów automatyki 311[40].Z3.02 U|ytkowanie urzdzeD pneumatycznych i hydraulicznych Schemat ukBadu jednostek moduBowych  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 5 2. WYMAGANIA WSTPNE Przystpujc do realizacji programu jednostki moduBowej powiniene[ umie: - charakteryzowa elementy napdowe, sterujce i dzwigowe urzdzeD, - charakteryzowa maszyny i urzdzenia systemu dzwigowego urzdzenia wiertniczego, - charakteryzowa maszyny i urzdzenia systemu napdowego i przekazujcego napd, - obsBugiwa elementy napdowe, - obsBugiwa elementy sterujce, - obsBugiwa elementy dzwigowe urzdzeD wiertniczych, - rozró|nia systemy olinowania, - u|ytkowa urzdzenia pneumatyczne i hydrauliczne, - okre[la zasady obsBugi technicznej elementów napdowych, sterujcych i dzwigowych urzdzeD wiertniczych, - korzysta z ró|nych zródeB informacji, - stosowa przepisy dozoru górniczego, bezpieczeDstwa i higieny pracy i ochrony przeciwpo|arowej oraz ochrony [rodowiska podczas u|ytkowania maszyn i urzdzeD wiertniczych.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 6 3. CELE KSZTAACENIA W wyniku realizacji programu jednostki moduBowej powiniene[ umie: - rozró|ni elementy ukBadu automatycznej regulacji i okre[li ich funkcje w ukBadzie, - okre[li wady i zalety oraz zakres stosowania elektronicznych urzdzeD automatyki w pracach wiertniczych, - okre[li wady i zalety oraz zakres stosowania ukBadów elektropneumatycznych w urzdzeniach automatyki, - okre[li wady i zalety oraz zakres stosowania ukBadów elektrohydraulicznych w urzdzeniach wiertniczych, - wyja[ni dziaBanie ukBadów regulacji temperatury, poziomu i ci[nienia, - wyja[ni dziaBanie i zastosowanie elementów wykonawczych pneumatycznych, hydraulicznych w pracach wiertniczych, - scharakteryzowa zasad dziaBania i zastosowanie turbowiertów, - scharakteryzowa zasad dziaBania i zastosowanie elektrowiertów, - rozpozna typy regulatorów stosowane w pracach wiertniczych, - wyja[ni ukBad sterowania gBowicy przeciwerupcyjnej, - scharakteryzowa urzdzenia elektroniczne stosowane w nowoczesnych maszynach wiertniczych, - u|ytkowa urzdzenia elektroniczne stosowane w nowoczesnych maszynach wiertniczych, - zastosowa zasady bezpieczeDstwa i higieny pracy obowizujce na stanowisku pracy.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 7 4. MATERIAA NAUCZANIA 4.1. Sterowanie a regulacja 4.1.1. MateriaB nauczania Sterowanie polega na oddziaBywaniu na okre[lony proces fizyczny w celu uzyskania po|danego przebiegu tego procesu. Obiektem sterowania nazywa si proces fizyczny podlegajcy okre[lonemu rodzajowi sterowania. Urzdzenie wytwarzajce sygnaBy sterujce przebiegiem procesu nazywa si urzdzeniem sterujcym. ZespóB wspóBdziaBajcych ze sob urzdzeD, realizujcych okre[lony proces fizyczny oraz sterowanie jego przebiegiem, nazywa si ukBadem sterowania. Rozró|nia si ukBady sterowania: - otwartego, - zamknitego. Zamknite ukBady sterowania ze sprz|eniem zwrotnym cigBym s nazywane ukBadami regulacji cigBej. Je[li urzdzenie realizuje sterowanie procesem samoczynnie, to takie sterowanie okre[la si mianem sterowania automatycznego. Sterowanie realizowane na znaczne odlegBo[ci nazywa si sterowaniem zdalnym. W[ród wielu odmian wyró|ni mo|na sterowanie: - sekwencyjne, - czasowe, - sekwencyjno-czasowe, - nad|ne, - programowe. Cech charakterystyczn sterowania sekwencyjnego jest zapewnienie wBa[ciwej kolejno[ci wykonywania operacji technologicznych. Sterowanie czasowe polega na tym, |e odpowiednie oddziaBywanie urzdzenia sterujcego odbywa si wedBug z góry ustalonego programu czasowego. W najprostszym przypadku chodzi o utrzymanie okre[lonego odstpu czasu midzy dwoma zdarzeniami. Sterowanie sekwencyjno-czasowe stanowi poBczenie dwóch poprzednich odmian sterowania. W ukBadach sterowania nad|nego warto[ wielko[ci wiodcej nie jest z góry znana, lecz zmienia si przypadkowo. W ukBadach sterowania programowego wielko[ wiodca zmienia si w sposób z góry znany, zgodnie z okre[lonym programem. Je|eli nie przewiduje si zmian w programie, to taki ukBad uwa|a si za staBoprogramowy. Je|eli program mo|e by zmieniany przez obsBug, zwykle przez nastawienie czBonu programujcego, to taki ukBad uwa|a si za programowalny. Sterowanie staBoprogramowe najcz[ciej realizowane jest w technice stykowo-przekaznikowej, a sterowanie programowalne realizowane obecnie jest przez sterowniki PLC (ang. Programmable Logic Controller). W wiertnictwie sterowniki programowalne steruj ruchami wykonawczymi poszczególnych zespoBów urzdzeD wiertniczych. Sterowniki PLC maj najcz[ciej budow wieloprocesorow z wykorzystaniem wysokowydajnych mikroprocesorów. Dziki sieciom cyfrowym mo|na Bczy sterowniki i prowadzi pomidzy nimi wymian danych. Dziki interfejsom komunikacyjnym  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 8 mo|na zdalnie, np. przez satelit lub Internet, obserwowa dziaBanie sterowników PLC i równie| zdalnie je programowa. Ze wzgldu na posta sygnaBu rozró|nia si sterowanie analogowe, binarne i cyfrowe. W sterowaniu analogowym stosuje si sygnaBy o charakterze cigBym, które odwzorowuj wielko[ci wystpujce w procesie sterowania. Do elementów skBadowych ukBadów sterowania analogowego zaliczamy: przekBadnie, silniki, zawory, przetworniki o dziaBaniu cigBym, wzmacniacze operacyjne. W sterowaniu binarnym wykorzystuje si sygnaBy dwuwarto[ciowe, tzn. binarne: np.  wBczony i  wyBczony ,  zwarty i  rozwarty lub sygnaBy  0 i  1 . Wikszo[ ukBadów sterowania to ukBady sterowania binarnego. Do elementów skBadowych tych ukBadów zaliczamy: przekazniki, zawory przeBczajce, diody, binarne elektroniczne obwody przeBczajce. W ukBadach sterowania cyfrowego stosuje si sygnaBy w postaci cyfrowej, które s kodowane binarnie, np. w kodzie impulsowym warto[ danego sygnaBu jest przetwarzana na odpowiedni liczb impulsów zliczanych w odbiorniku. Do elementów skBadowych ukBadów sterowania cyfrowego zaliczamy: przetworniki A/C (przetwarzajce sygnaBy analogowe na cyfrowe), mikroprocesory, sterowniki PLC, mikrokomputery, pamici cyfrowe, cyfrowe systemy pomiarowe i sieci cyfrowe. UkBady sterowania mog by realizowane jako rozwizania mieszane  poBczenie techniki cyfrowej z analogow. Sterowanie napdów odnosi si przede wszystkim do operacji rozruchu, hamowania i zmiany kierunku wirowania silników elektrycznych, a tak|e napdów pneumatycznych i hydraulicznych. Spo[ród napdów najszersze zastosowanie znalazB napd elektryczny. Spowodowane to jest licznymi zaletami takiego napdu (Batwe zasilanie, Batwe i ekonomiczne transformowanie i przetwarzanie prdu przemiennego, du|a sprawno[ silników elektrycznych, Batwe sterowanie). Napdy elektryczne s Batwe do automatyzacji. Sterowanie napdu elektrycznego mo|e by realizowane m.in. w funkcji: - czasu, - prdu, - napicia, - prdko[ci ktowej. W ukBadach sterowania rozruchem i hamowaniem napdów istotn rol odgrywaj ukBady przekaznikowo-stycznikowe (coraz cz[ciej wypierane s przez ukBady póBprzewodnikowe). UkBady napdowe, w których zastosowano przyrzdy póBprzewodnikowe mocy, s nazywane energoelektronicznymi ukBadami napdowymi. Wykonuje si je w ukBadzie otwartej ptli regulacji lub w ukBadzie zamknitej ptli regulacji. Proste energoelektroniczne ukBady napdowe w otwartej ptli sterowania nie maj ukBadów sprz|eD zwrotnych (ukBadów pomiaru prdko[ci, momentu, prdu, poBo|enia). S to ukBady tanie, ale maBo dokBadne, w których odwzorowanie zadanej prdko[ci ktowej silnika nie jest wiksze ni| 2÷5% maksymalnej prdko[ci ktowej. UkBady pracujce w ptli zamknitej, majce sprz|enia zwrotne (prdko[ci ktowej, prdu, momentu, poBo|enia), umo|liwiaj uzyskanie du|ych dokBadno[ci sterowania w odniesieniu do wielko[ci zadanej i to zarówno w stanie ustalonej pracy, jak i w stanie dynamicznym. W praktyce stosuje si jednokierunkowy ukBad napdowy z obwodem prdko[ciowego sprz|enia zwrotnego i obwodem ptli sprz|enia prdowego. Aby uzyska ukBad napdowy, który pracuje przy dwóch kierunkach wirowania silnika i umo|liwia, dla ka|dego kierunku prdko[ci ktowej, przepByw prdu w obu kierunkach, nale|y zastosowa dwie sekcje prostownika, poBczone odwrotnie równolegle. Taki nawrotny ukBad napdowy realizuje zmian kierunku obrotów silnika poprzez zmian kierunku prdu w tworniku. Napd pneumatyczny jest realizowany za pomoc silników pneumatycznych o ruchu postpowo-zwrotnym (siBowników) lub wirujcym. Rozró|nia si mechanizmy nadci[nieniowe  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 9 i podci[nieniowe (pró|niowe). Mechanizmy pneumatyczne nadci[nieniowe s zasilane za pomoc spr|arki. W mechanizmach pneumatycznych podci[nieniowych siB czynn na tBok w cylindrze roboczym wywiera z jednej strony ci[nienie atmosferyczne, podczas gdy druga strona cylindra jest poBczona z pomp pró|niow. Powszechnie stosowane s mechanizmy pneumatyczne nadci[nieniowe. Czynnikiem roboczym w ukBadach pneumatycznych jest spr|one powietrze. Postp w budowie i stosowaniu napdów hydraulicznych, jak te| budowa urzdzeD elektrycznych iskrobezpiecznych i ognioszczelnych, prowadz do stopniowego eliminowania napdów pneumatycznych. Nadal powszechnie s stosowane napdy pneumatyczne wiertnic oraz mBotów. W procesach automatyzacji z u|yciem pneumatyki stosuje si najcz[ciej ukBady elektropneumatyczne. Hydraulik nazywamy dziedzin techniki zajmujc si elementami napdowymi, sterowaniem i regulacj maszyn w których za po[rednictwem cieczy pod ci[nieniem wytwarza si lub przenosi siBy i momenty. UkBady hydrauliczne maj zastosowanie wszdzie tam, gdzie wymagane s du|e siBy i momenty siB, a wic w ci|kich maszynach budowlanych, górniczych, hutniczych, wiertniczych, w prasach, w dzwignicach, jak równie| w obrabiarkach oraz mobilnych maszynach roboczych. W napdach hydraulicznych czynnikiem przenoszcym energi jest ciecz. Napdy hydrauliczne najcz[ciej s sterowane za pomoc sygnaBów elektrycznych. Obecnie najcz[ciej ukBady hydrauliczne sterowane s za pomoc sterowników PLC. Poni|ej przedstawiono cechy poszczególnych napdów, które powinny by wzite pod uwag w fazie projektowania ukBadu sterowania (tab. 1). Tabela 1. Zestawienie cech poszczególnych systemów elementów automatyki System elementów hydraulicznych Zalety Wady 1. Prostota konstrukcji, Batwo[ obsBugi, pewno[ 1. Stosunkowo du|e wymiary i masa. ruchowa. 2. Konserwacje i naprawy wymagaj 2. Samosmarowno[ i du|a trwaBo[. kwalifikowanego personelu. 3. Stosunkowo du|e siBy i moce siBowników. 3. Ograniczenie w rozmieszczeniu poszczególnych 4. Dobre wBa[ciwo[ci regulacyjne, gBównie dziki elementów. OdlegBo[ pomidzy regulatorem i nie[ci[liwo[ci cieczy, bdcej no[nikiem energii, siBownikiem nie powinna przekracza 100 m. przez co do ukBadu nie wprowadza si opóznieD. SiBownik powinien by umieszczony ni|ej od wzmacniacza, aby nie powodowa zapowietrzenia si ukBadu, co wprowadza niekorzystne luzy i opóznienia. 4. Nieszczelno[ przewodów sprawia, |e olej pByncy pod ci[nieniem wycieka, powodujc straty oraz zanieczyszczenie otoczenia, co mo|e by przyczyn po|aru. System elementów pneumatycznych 1. Dogodna forma no[nika energii. UpByw powietrza 1. Konieczno[ dokBadnego oczyszczenia powietrza. nie pociga za sob strat i nie stwarza zagro|enia 2. Konserwacje i naprawy wymagaj po|arowego. kwalifikowanego personelu. 2. Odporno[ na wpByw pyBów i zwizków 3. Praktycznie uzyskiwane moce s mniejsze ni| agresywnych wntrz urzdzeD. w siBownikach hydraulicznych. 3. SygnaB regulacyjny jest przesyBany jednym 4. OdlegBo[ przesyBania sygnaBów jest do ok. 300 przewodem. m. 4. MaBe wymiary i znikoma masa elementów. 5. Zci[liwo[ powietrza, która jest korzystna przy 5. Prostota konstrukcji oraz pewno[ ruchowa. ksztaBtowaniu wBa[ciwo[ci dynamicznych za 6. Aatwo[ dokonywania operacji matematycznych na pomoc sprz|eD zwrotnych, wprowadza sygnaBach (sumowanie, mno|enie, itp.). opóznienia 7. Stosunkowo proste ksztaBtowanie wBa[ciwo[ci w obwodzie regulacji, szczególnie przy wikszych dynamicznych regulatorów, dziki Batwej odlegBo[ciach. mo|liwo[ci stosowania sprz|eD zwrotnych.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 10 System elementów elektrycznych 1. Dogodny charakter energii, która jest Batwo 1. Skomplikowana budowa, szczególnie elementów dostpna. elektronicznych, co wymaga personelu o 2. Bardzo wygodne i dokBadne pomiary elektryczne. wysokich kwalifikacjach. 3. PrzesyBanie sygnaBu mo|e si odbywa na dowolne 2. Nieco wy|szy koszt w stosunku do urzdzeD odlegBo[ci i nie pociga za sob praktycznie hydraulicznych i pneumatycznych. opóznieD. 3. Gorsze wBa[ciwo[ci siBowników. 4. Prowadzenie torów przewodów elektrycznych jest 4. Ograniczony zakres stosowania znacznie prostsze i taDsze ni| przewodów w warunkach, w których istnieje pneumatycznych niebezpieczeDstwo wybuchu lub konieczno[ i hydraulicznych. stosowania elementów 5. Najszerszy zakres zastosowaD pod wzgldem mocy w wykonaniu iskrobezpiecznym. i rodzaju parametru regulowanego. 6. Szerokie mo|liwo[ci centralizacji pomiarów, rejestracji, wspóBpracy z komputerami sterujcymi procesami. 4.3.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Jakie zadania i oczekiwania stawiane s sterowaniu? 2. Jakie znasz rodzaje sterowania? 3. Co charakteryzuje sterowanie analogowe? 4. Jakie s ró|nice pomidzy sterowaniem binarnym a cyfrowym? 5. Jakie s najwa|niejsze elementy skBadowe ukBadów sterowania analogowego? 6. Jakie s najwa|niejsze elementy skBadowe ukBadów sterowania binarnego? 7. Jakie s najwa|niejsze elementy skBadowe ukBadów sterowania cyfrowego? 8. Czym ró|ni si sterowania oparte na poBczonych w sposób staBy ukBadach stykowo- przekaznikowych od ukBadów wyposa|onych w sterowniki PLC? 9. Jakie czynniki spowodowaBy, i| napd elektryczny jest najcz[ciej stosowany w ukBadach automatyki? 10. Jak jest ró|nica pomidzy jednokierunkowym a nawrotnym tyrystorowym ukBadem napdowym? 11. Jakie najwa|niejsze zalety i wady posiadaj ukBady pneumatyczne, a jakie hydrauliczne? 4.3.3. wiczenia wiczenie 1 Zmontuj i zbadaj ukBad silnika obcowzbudnego zasilanego prostownikiem sterowanym przedstawionym na rysunku do wiczenia. Opis ukBadu: Badany ukBad skBada si z prostownika sterowanego z ukBadem sterowania, silnika, maszyny obci|ajcej (prdnica prdu staBego). Wzbudzenie silnika jest zasilane z prostownika niesterowanego. Prdko[ ktow silnika nastawia si za pomoc potencjometru przez zmian napicia zadajcego Uz. Prdnica jest obci|ona rezystorem Robc.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 11 Rysunek do wiczenia 1. Schemat ukBadu pomiarowego Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) zapozna si z instrukcj wykonania wiczenia, 2) zorganizowa stanowisko pracy do wykonania wiczenia, 3) zapozna si z prostownikiem i ukBadem regulacyjnym, 4) poBczy ukBad zgodnie ze schematem pomiarowym, 5) zgBosi gotowo[ wykonania badania ukBadu, 6) po sprawdzeniu poprawno[ci poBczeD przez nauczyciela oraz otrzymaniu zezwolenia, przystpi do badania ukBadu, 7) zdj charakterystyk mechaniczn silnika É = f(M) dla kilku ró|nych warto[ci napicia zadajcego Uz = const, przy otwartym obwodzie sprz|enia napiciowego oraz przy zamknitym obwodzie sprz|enia napiciowego, 8) dokona pomiary i obliczenia, 9) wykre[li charakterystyki mechaniczne silnika, 10) zaprezentowa wykonane wiczenie, 11) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia, 12) sporzdzi sprawozdanie z przebiegu wiczenia, zaBczajc schemat ukBadu sterowania, analiz dziaBania ukBadu, wnioski z badaD. Wyposa|enie stanowiska pracy: - stanowisko laboratoryjne z mo|liwo[ci podBczenia si do sieci napicia przemiennego 230 V/50 Hz z przewodem ochronnym, - silnik obcowzbudny, - prdnica prdu staBego, - prostownik z ukBadem sterowania,  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 12 - prostownik niesterowany, - stycznik, - bezpieczniki topikowe, - dBawik sieciowy, - dBawik wygBadzajcy, - mierniki uniwersalne, - przewody Bczce, - przybory monterskie, - instrukcja wiczenia, - literatura z rozdziaBu 6. 4.3.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wymieni cechy charakterystyczne sterowania sekwencyjnego? 2) wymieni cechy charakterystyczne sterowania programowego? 3) wyja[ni dlaczego regulacja prdko[ci ktowej silnika jest w przypadku zasilania go z prostownika sterowanego mniej energochBonna? 4) zmontowa ukBad sterowania na podstawie schematu monta|owego? 5) sporzdzi dokumentacj wykonanych poBczeD? 6) wymieni cechy systemów pneumatycznego i hydraulicznego?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 13 4.2. Urzdzenia automatyki w wiertnictwie 4.2.1. MateriaB nauczania Urzdzeniami w automatyce s nazywane czBony speBniajce funkcje bardziej zBo|one. W skBad urzdzenia wykonawczego wchodz elementy nastawcze i napdowe (siBowniki), urzdzenia pomiarowego  czujniki i przetworniki pomiarowe. Do urzdzeD zaliczamy tak|e regulatory, rejestratory, zespoBy zasilajce, urzdzenia cyfrowe. Poni|ej zostan przedstawione przykBady zastosowania poszczególnych typów urzdzeD w ukBadach sterowania i regulacji urzdzeD wiertniczych. System zdalnego sterowania gBowicami eksploatacyjnymi w du|ej cz[ci jest zautomatyzowany, co pozwala na jego sterowanie ze znacznej odlegBo[ci poprzez Bcza Internetowe lub przy pomocy fal elektromagnetycznych. SiBownik zastpuje koBo sterowe w zasuwie. GBowice w swej konfiguracji, musz posiada zasuwy sterowane rcznie jako awaryjne, aby w przypadki awarii systemu sterowania, wykona |dane zadanie. Rysunek 1 przedstawia instalacj hydraulicznego sterowania gBowicy eksploatacyjnej.. Rys. 1. PrzykBad instalacji hydraulicznego sterowania gBowicy eksploatacyjnej [1]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 14 Zasada dziaBania siBowników polega na [ci[niciu i napiciu spr|yny poprzez zatBoczenie do cylindra cieczy hydraulicznej lub powietrza ze zbiornika, która [ciska za po[rednictwem tBoka spr|yn i wówczas nastpuje otwieranie lub zamykanie zaworu. Ciecz hydrauliczna lub powietrze s zamknite w cylindrze hydraulicznym i wywoBuj [cisk spr|yny do momentu, kiedy jest to po|dane, aby spr|yna uruchomiBa zawór. Ci[nieniowe medium znajdujce si w cylindrze siBownika mo|e wróci do zbiornika poprzez zawór, który jest uzale|niony od okre[lonego wyBcznika kontroli umieszczonego w systemie. Automatycznie sterowany wyBcznik mo|e by pobudzony przez jakiekolwiek zmiany parametrów sterowania i jednocze[nie mo|liwa jest kontrola parametrów takich jak: ci[nienie (wysokie i/lub niskie), poziom cieczy, wykrycie nieszczelno[ci, itd. Uwolnienie medium zasilajcego z cylindra z powrotem do zbiornika pozwala spr|ynie naciskowej uruchomi zawór w przeciwnym kierunku pod warunkiem, |e jest pompowanie. Zainstalowanie siBowników do sterowania zasuwami pozwoliBo na zbudowanie systemów do zdalnego sterowania gBowicami eksploatacyjnymi. Urzdzenia zabezpieczajce (przeciwerupcyjne) Przy poszukiwaniu lub rozpoznawaniu zBó| ropy naftowej, gazu ziemnego i wód mineralnych mo|e nastpi gwaBtowny wypByw pBuczki wiertniczej z otworu, a nastpnie erupcja ropy, gazu lub solanki. W celu uniknicia niespodziewanych wybuchów wylot otworu zabezpiecza si gBowic przeciwerupcyjn, której konstrukcja umo|liwia: - zamknicie wylotu otworu po wycigniciu przewodu, - zamknicie wylotu otworu przy zapuszczonym przewodzie, - zatBaczanie otworu pBuczk i wywoBanie jej kr|enia przy naci[niciu u wylotu otworu. Przy wierceniu otworów naftowych obecnie stosuje si stypizowane instalacje gBowic przeciwerupcyjnych o nastpujcych konstrukcjach: - gBowice szczkowe; jedno- i dwukadBubowe z wymiennymi szczkami na rury pBuczkowe i rury okBadzinowe oraz peBny przekrój otworu, - gBowice uniwersalne z uszczelniaczem pier[cieniowym; pojedyncze i blizniacze, - gBowice obrotowe. Budow gBowicy przeciwerupcyjnej uniwersalnej o sterowaniu hydraulicznym przedstawia rys. 2. Gumowy element uszczelniajcy ma stalowe wkBadki przeznaczone do zwikszenia wytrzymaBo[ci gumy i nadania odksztaBcenia gumie w okre[lonym kierunku. GBowic zamyka si przez wywarcie ci[nienia cieczy na pier[cieD stalowy (tBok) wykonany w ksztaBcie sto|ka. Przy przemieszczaniu si pier[cienia w gór pod dziaBaniem ci[nienia, powierzchnia sto|kowa wywiera nacisk na element gumowy, który odksztaBca si w kierunku osi otworu. Kiedy nastpi uszczelnienie elementu przewodu wiertniczego, ci[nienie w przestrzeni wypeBnionej olejem zwiksza siB docisku pier[cienia stalowego na element gumowy uszczelniacza. W ukBadzie hydraulicznego sterowania gBowic uniwersaln zainstalowany jest regulator ci[nienia, który ogranicza ci[nienie cieczy na stalowy pier[cieD do warto[ci minimalnej koniecznej do uzyskania uszczelnienia otworu. Gdy otwór zostanie uszczelniony, rur pBuczkow ze zwornikiem przemieszcza si w kierunku pionowym przez przelot gBowicy, znajdujcej si pod ci[nieniem, bez konieczno[ci otwierania gBowicy lub zmniejszania ci[nienia cieczy roboczej. W trakcie przemieszczania zwornika przez uszczelniacz, guma odksztaBca si i zwiksza si przy tym nacisk na pier[cieD stalowy oraz wzrasta ci[nienie cieczy roboczej. Regulator ci[nienia zmniejsza podwy|szone ci[nienie w gBowicy i pier[cieD stalowy przesuwa si w dóB, umo|liwiajc przemieszczenie zwornika przez uszczelniacz gumowy. Po przesuniciu si zwornika, maleje nacisk na pier[cieD stalowy oraz zmniejsza si ci[nienie cieczy roboczej. Regulator ci[nienia cieczy nastpnie zwiksza nacisk na pier[cieD stalowy, przywracajc pocztkowe warunki pracy gBowicy przeciwerupcyjnej uniwersalnej.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 15 Rys. 2. GBowica przeciwerupcyjna uniwersalna: 1  uszczelnienie gumowe, 2  przewód wiertniczy, 3  tBok pier[cieniowy, 4  przestrzeD wypeBniona olejem, 5  mufa Bczca rury pBuczkowe [2, s. 76] 4.2.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Jaka role speBniaj siBowniki w systemie hydraulicznego sterowania gBowic eksploatacyjn? 2. W jaki sposób steruje si wyBcznikiem kontroli w systemie zdalnego sterowania gBowic eksploatacyjn? 3. W jakim celu w instalacji zamontowana jest stacja awaryjnego zamykania? 4. Jakie sygnaBy podawane s na panel sterowniczy w instalacji zdalnego sterowania gBowic? 5. Jak rol speBniaj gBowice przeciwerupcyjne stosowane w wiertnictwie? 6. Jaka jest zasada dziaBania gBowicy przeciwerupcyjnej uniwersalnej?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 16 4.2.3. wiczenia wiczenie 1 Na podstawie zaBczonego rysunku, wyja[nij poszczególne fazy uszczelniania otworu przez gBowic przeciwerupcyjn uniwersaln. Rozpoznaj cz[ci skBadowe gBowicy i je opisz. a) b) Rysunek do wiczenia 1. GBowica przeciwerupcyjna: a) fazy dziaBania szczki pier[cieniowej I-II-III, b)  fazy dziaBania gBowicy I-II-III [12, s. 586] Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) zapozna si z materiaBem teoretycznym o gBowicach przeciwerupcyjnych uniwersalnych, 2) rozpozna cz[ci skBadowe gBowicy przedstawionej na rysunku, 3) przeanalizowa poszczególne fazy uszczelniania otworu, 4) opisa poszczególne fazy, 5) zaprezentowa wykonane wiczenie, 6) dokona oceny wiczenia.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 17 Wyposa|enie stanowiska pracy:  zeszyt,  przybory do pisania  literatura z rozdziaBu 6. 4.2.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wyja[ni zadanie regulatora ci[nienia w instalacji zdalnego sterowania gBowic eksploatacyjn? 2) wyja[ni zasad dziaBania i budow gBowicy przeciwerupcyjnej uniwersalnej? 3) okre[li ró|nice w konstrukcji gBowic przeciwerupcyjnych?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 18 4.3. Przetworniki pomiarowe 4.3.1. MateriaB nauczania Optymalne i bezawaryjne wiercenie otworów mo|liwe jest dziki cigBej kontroli gBównych parametrów procesu wiercenia za pomoc aparatury pomiarowej. Pomiary tych parametrów dotycz: - nacisku osiowego koronki rdzeniowej lub [widra na dno otworu wiertniczego, - momentu obrotowego na wrzecionie wiertnicy - wydajno[ci pompy pBuczkowej i ilo[ci przepBywajcej pBuczki wiertniczej, - chwilowej prdko[ci wiercenia, - liczby obrotów koronki rdzeniowej lub [widra. Zestaw aparatury pomiarowej skBada si z: - przetworników przeznaczonych do przetwarzania mierzonych parametrów na nat|enie prdu elektrycznego, które montuje si na wrzecionie wiertnicy i na tBoczcym rurocigu pompy pBuczkowej, - pulpitu przyrzdów wskazujcych, przeznaczonych do mierzenia parametrów procesu wiercenia, który za po[rednictwem przewodów elektrycznych podBczony jest z odpowiednimi przetwornikami (pulpit umieszczony jest na specjalnym wsporniku na [cianie wie|y wiertniczej w dogodnym do odczytywania miejscu), - pulpitu automatycznych przyrzdów rejestrujcych przeznaczonych do cigBej rejestracji parametrów wiercenia w funkcji czasu, który za po[rednictwem elektrycznych przewodów jest podBczony do pulpitu przyrzdów wskazujcych (pulpit umieszczony jest w takim miejscu, aby nie byB nara|ony na ewentualne mechaniczne uszkodzenia). Ci|arowskaz, zwany potocznie drillometrem wskazuje wielko[ ci|aru przewodu wiertniczego zawieszonego na haku wiertniczym. Na podstawie znanej wielko[ci ci|aru rur pBuczkowych mo|na ustali z jakim naciskiem koronka zwierca skaB. Rys. 3. Ci|arowska| hydrauliczny: 1  przetwornik ci[nienia, 2  manometr wskazujcy, 3  manometr o wiekszej czuBo[ci, 4  manometr rejestrujcy, 5  pompka, 6  zbiornik cieczy, 7  przewód miedziany, 8 i 9  waBki oporowe, 10  lina wielokr|kowa [2, s. 78] Ci|arowskaz hydrauliczny (rys. 3), najcz[ciej stosowany, skBada si z przetwornika ci[nienia 1 (jest to elastyczna przepona umieszczona w komorze z pBynem) umocowanego na linie 10, manometru wskazujcego 2, manometru o wikszej czuBo[ci 3, przyrzdu rejestrujcego 4, przewodów z Bcznikami 7, rcznej pompki tBokowej 5 i zbiornika cieczy 6. Przetwornik  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 19 napr|eD liny jest zawieszony na martwym koDcu liny wielokr|kowej umocowanej przy podbudowie wie|y za pomoc uchwytów. Lina midzy uchwytami jest lekko przygita. Pod wpBywem obci|enia stara si wyprostowa. Wtedy naciska poprzez specjalny kr|ek na sworzeD, który z kolei dziaBa na elastyczn przepon przetwornika ci[nienia. PByn, w którym umieszczona jest przepona przenosi wywoBane w przetworniku ci[nienie przewodami do manometrów. Przetwornik momentu obrotowego pozwala mierzy moment obrotowy na obracajcym si wale o [rednicy od 40 do 120 mm. Zasada dziaBania przetwornika oparta jest na zjawisku magnetycznej anizotropii (ró|nokierunkowo[ wBasno[ci fizycznych) materiaBów ferromagnetycznych. Powstajce przy przenoszeniu momentu obrotowego mechaniczne napr|enia powoduj magnetyczno-anizotropowy stan materiaBu waBu. Dziki kolistemu magnetycznemu systemowi przetwornika stan materiaBu waBu zostaje przetworzony na napicie elektryczne na wyj[ciu przetwornika. Przetwornik wydajno[ci pompy pBuczkowej (przepBywomierz indukcyjny) mierzy wydajno[ dziki wykorzystaniu zjawiska indukowania siBy elektromotorycznej SEM przy przecinaniu warstwami poruszajcej si pBuczki w polu magnetycznym, wytworzonym przez stator umieszczony dookoBa rurocigu pBuczkowego. Rurocig pBuczki dla przetwornika wykonany jest z niemagnetycznej stali, od wewntrz izolowanej gum o bardzo dobrych wBasno[ciach dielektrycznych. Przetwornik umieszcza si za pomoc koBnierzy przyBczowych w przewodzie tBoczenia pompy pBuczkowej. Przetwornik chwilowej prdko[ci wiercenia stanowi wielobiegunowa asynchroniczna prdnica tachometryczna, która umo|liwia cigBy pomiar chwilowej prdko[ci wiercenia. Poni|ej przedstawiony jest schemat automatycznego ukBadu pomiarowego parametrów wiercenia (rys. 4). Rys. 4. Schemat automatycznego ukBadu pomiarowego: 1  rdzeniówka wraz z koronk, 2 i 3  czujnik i przyrzd rejestrujcy prdko[ mechaniczn wiercenia, 4, 11 i 14  wskaznik, przetwornik (wraz z pomp olejow 12 i wzmacniaczem wskazaD 13) i przyrzd rejestrujcy osiowego nacisku koronki na dno otworu wiertniczego, 5  wrzeciono wiertnicy, 6 i 17  przetwornik i przyrzd rejestrujcy momentu obrotowego, 7, 8 i 15  wskaznik przetwornik oraz przyrzd rejestrujcy (wraz ze wzmacniaczem 16) ilo[ci przepBywajcej pBuczki, 9  pompa pBuczkowa, 10  zbiornik na pBuczk wiertnicz, 18  przyrzd wskazujcy ilo[ przepBywajcej pBuczki, 19  przyrzd wskazujcy moment obrotowy [15, s. 115]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 20 StaBy wzrost kosztów wiercenia otworów naftowych oraz rozwój obliczeniowej i mikroprocesorowej techniki pozwoliB na opracowanie wieloprogramowych zestawów przyrzdów do ogólnej kontroli procesu wiercenia otworu, z wykorzystaniem mikroprocesorów, minikomputerów i komputerów. Dane otrzymywane z elektronicznych maszyn cyfrowych mog by przekazywane na odlegBo[. Wprowadzenie ich na ekran monitora umo|liwia jednoczesne wykorzystanie parametrów na wiertni, jak równie| przez specjalistyczne jednostki oddalone od wiertni. Mo|liwe wic jest bie|ce przeprowadzanie obliczeD, jak i dokonywanie analiz porównawczych, teoretycznie obliczanych i faktycznych parametrów technologii wiercenia otworu. Dalsze mo|liwo[ci wykorzystania techniki obliczeniowej w wiertnictwie polegaj na poBczeniu komputerów z telemetrycznym systemem pomiarowym, przekazujcym dane bezpo[rednio z dna otworu przez kanaB Bczno[ci. Na rys. 5 przedstawiono konstrukcj przewodu sterowniczo-kontrolnego sBu|cego do transmisji danych przesyBanych na powierzchni, uzyskanych za pomoc czujników pomiarowych umieszczonych w konstrukcji gBowicy eksploatacyjnej podwodnej. Najcz[ciej s to kable umo|liwiajce sterowanie hydrauliczne, jak i elektryczne. Do sterowania u|ywany jest specjalny rodzaj kabla (umbilical). Przewód ten wykorzystywany jest nie tylko do transmisji danych, ale równie| do zatBaczania bdz wydobycia pBynów zBo|owych (1 i 2). Rys. 5. Konstrukcja przewodu sterowniczo-kontrolnego firmy  Duco [1] W wiertnictwie oprócz wymienionych wy|ej przetworników pomiarowych parametrów wiercenia otworów stosuje si równie| przetworniki innych wielko[ci fizycznych, takich jak: temperatura, ci[nienie, poziom cieczy. Pomiar temperatury za pomoc termometru elektronicznego Termometr elektroniczny skBada si z czujnika temperatury (np. termopary, termorezystora, termistora), przetwornika pomiarowego i wskaznika. W zale|no[ci od zakresu mierzonej temperatury stosuje si odpowiednie czujniki, które z kolei decyduj o rodzaju ukBadu pomiarowego. W czujnikach oporowych (rezystancyjnych) zasada ich dziaBania wykorzystuje zale|no[ci rezystancji niektórych metali i póBprzewodników od temperatury. W czujnikach oporowych metalicznych (rys. 6a) stosuje si najcz[ciej platyn, nikiel oraz miedz. Metale te charakteryzuj si staBo[ci charakterystyki rezystancji w funkcji temperatury, du|ym wspóBczynnikiem temperaturowym oraz odporno[ci na wpByw czynników zewntrznych. Czujniki termistorowe (rys. 6b i c) s wykonane z tlenków metali (|elaza, manganu, litu i tytanu) w postaci niewielkich elementów (pBytek, prtów i kulek) z metalowymi wyprowadzeniami. Charakteryzuj si one du|ym ujemnym wspóBczynnikiem temperaturowym, a ich charakterystyka temperaturowa rezystancji jest nieliniowa. Najwiksz ich zalet jest du|a czuBo[.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 21 a) b) c) Rys. 6. Budowa termometru: a) rezystancyjnego metalicznego; b) termistorów masywnych niehermetyzowanych; c) termistorów pereBkowych zatapianych w szkle; 1 - listwa izolacyjna, 2  drut oporowy, 3  przewody wyprowadzajce,4 - przekBadki mikowe, 5  ta[ma metalowa, 6  osBona ceramiczna [7, s. 115 i 116] Zasad dziaBania termometrów elektronicznych z czujnikami rezystancyjnymi przedstawia rys. 7. Przetwornik pomiarowy przetwarza zmiany rezystancji czujnika, zasilanego stabilizowanym prdem I, w zmiany napicia uT. Napicie czujnika uT = I " RT. Rys. 7. Termometr elektroniczny termorezystancyjny [8, s. 18] W czujnikach termoelektrycznych (termoparach) wykorzystuje si zjawisko powstawania siBy termoelektrycznej wywoBane zmian temperatury. Termoelementy (termopary) wykonuje si przez spawanie lub lutowanie na jednym koDcu dwóch przewodów A i B z ró|nych metali (zgrzany koniec przewodów nie mo|e posiada innych metali ni| te, które s ze sob Bczone). W obwodzie zamknitym z termoelementem, w którym poBczone koDce maj ró|n temperatur powstaje siBa termoelektryczna W nazwach termoelementów na pierwszym miejscu podawana jest elektroda dodatnia. Najcz[ciej stosowane termoelementy to: platynorod  platyna (PtRh-Pt); nikielchrom  nikiel (NiCr-Ni); |elazo  konstantan (Fe-konstantan); miedz  konstantan (Cu-konstantan). Konstrukcja termoelementów zale|y od ich przeznaczenia, np. typu przemysBowego charakteryzuje si du| bezwBadno[ci ciepln, a typu specjalnego do pomiarów powierzchniowych  bardzo maB bezwBadno[ci ciepln. Cyfrowe mierniki temperatury otrzymamy przez zastpienie w przedstawionych ukBadach miliwoltomierzy analogowych miliwoltomierzami cyfrowymi (z automatyczn kompensacj  zimnego zBcza ). Ci[nieniomierze spr|yste W ci[nieniomierzach spr|ystych mierzone ci[nienie jest przetwarzane na przesunicie lub odksztaBcenie. W ci[nieniomierzach tych elementami pomiarowymi s: membrana, pudeBko (puszka membranowa), mieszek, rurka Bourdona i rurka spiralna, które stanowi fizyczn przegrod midzy dwoma o[rodkami (rys. 8). Manometry spr|yste mierz zawsze ró|nic midzy ci[nieniem panujcym w naczyniu pomiarowym a ci[nieniem otoczenia.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 22 Rys. 8. Elementy spr|yste ci[nieniomierzy: a) rurka Bourdona; b) rurka spiralna; c) mieszek; d) membrana; e) pudeBko [7, s. 89] Nale|y tak dobiera zakresy pomiarowe manometrów z elementami spr|ystymi, aby odksztaBcenia tych elementów byBy du|o mniejsze od granicy ich odksztaBcenia spr|ystego. Przekroczenie tej granicy powoduje trwaBe uszkodzenie manometru. Ci[nieniomierze elektryczne Przetwarzanie ci[nienia na sygnaB elektryczny mo|na uzyska wykorzystujc odksztaBcenia spr|ystych elementów lub wykorzystujc zjawiska, które zwizane s z powstawaniem napr|eD w materiaBach (piezoelektrycznych, ferromagnetycznych i rezystancyjnych). Wyniki pomiarów ci[nienia za pomoc ci[nieniomierzy elektrycznych mog by przesyBane na odlegBo[. OdksztaBcenia elementów spr|ystych s mierzone za pomoc czujników przesunicia, najcz[ciej indukcyjnych, pojemno[ciowych lub potencjometrycznych. W przetworniku (rys. 9) wykorzystano membran jako czujnik ró|nicy ci[nieD i pojemno[ciowy sposób pomiaru jej odksztaBceD. Mierzone ci[nienia dziaBaj na membrany separujce, za którymi znajduje si olej silikonowy. Olej silikonowy przenosi ci[nienie na spr|yst membran pomiarow stanowic jedn z okBadek kondensatora ró|nicowego. Pod wpBywem ró|nicy ci[nieD dziaBajcych na membran nastpuje proporcjonalne do ró|nicy ci[nieD ugicie membrany i zmiana pojemno[ci midzy ni a zewntrznymi okBadkami kondensatora. Rys. 9. Schemat budowy przetwornika ró|nicy ci[nieD z membran pomiarow dziaBajc jako kondensator produkcji MERA PNEFAL na licencji firmy ROSEMOUNT [7, s. 96]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 23 W praktyce przemysBowej najcz[ciej stosowane s przetworniki tensometryczne do pomiaru ci[nienia. W celu wykonania dokBadnych pomiarów ci[nienia ukBad tensometryczny wymaga kompensacji temperatury. Stosuje si wtedy 4 tensometry poBczone w ukBad mostka czteroramiennego. Tensometry 1 i 4 s [ciskane, a tensometry 2 i 3 rozcigane. Poniewa| tensometry znajduj si w tej samej temperaturze, to wpByw temperatury na wynik pomiaru jest bardzo maBy. Przyrzdy do pomiaru poziomu Pomiar poziomu cieczy ma na celu okre[lenie poziomu ich w zbiorniku lub wskazanie odchylenia od warto[ci zadanej: minimalnej lub maksymalnej. Przyrzdy do pomiaru poziomu nazywamy poziomomierzami, a do wskazania odchylenia  sygnalizatorami. Do najwa|niejszych przemysBowych mierników poziomu zaliczamy: - pBywakowe (ze staBym zanurzeniem pBywaka; nurnikowe  ze zmiennym zanurzeniem), - hydrostatyczne (z manometrem ró|nicowym, pneumatyczne), - elektryczne (pojemno[ciowe, rezystancyjne), - ultradzwikowe, - izotopowe. Poziomomierze pBywakowe Warunkiem wykonania pomiaru poziomu z pBywakiem o staBym zanurzeniu jest okre[lone i niezmienne pionowe poBo|enie pBywaka w stosunku do lustra cieczy, poniewa| zmiana poBo|enia pBywaka jest bezpo[rednim sygnaBem wyj[ciowym [rys. 10]. Aby zwikszy dokBadno[ pomiaru stosuje si pBywaki pBaskie, charakteryzujce si du|ymi zmianami siBy wyporu przy zmianach zanurzenia. a) b) Rys. 10. Schematy pBywakowych mierników poziomu. a) prosty wskaznik poziomu, b) miernik z przetwornikiem indukcyjno[ciowym [4, s. 192] W poziomomierzach z nurnikiem zmiana poziomu cieczy jest przetwarzana na zmiany siBy wyporu pBywaka zanurzonego cz[ciowo w cieczy na niezmiennej wysoko[ci (rys. 11). Rys. 11. Schemat dziaBania poziomomierza nurnikowego [4,s. 65]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 24 Poziomomierze hydrostatyczne W poziomomierzach hydrostatycznych pomiar poziomu polega na pomiarze hydrostatycznego ci[nienia cieczy w odniesieniu do okre[lonej wysoko[ci odniesienia ho. Pomiar tego ci[nienia mo|e by wykonany bezpo[rednio (mierniki poziomu z manometrami ró|nicowymi) lub za po[rednictwem gazu wtBaczanego do mierzonej cieczy (pneumatyczne mierniki poziomu cieczy). Poziomomierze elektryczne Czujnik o zmiennej przenikalno[ci elektrycznej, dostosowany do pomiaru poziomu cieczy (rys. 12), to kondensator cylindryczny zbudowany z dwóch metalowych cylindrów, które s od siebie odizolowane. Pomidzy nimi znajduje si ciecz (dielektryk), której poziom chcemy zmierzy. Pojemno[ caBkowita, wystpujca midzy cylindrami jest liniow funkcj wysoko[ci mierzonej cieczy. Rys. 12. Schemat czujnika pojemno[ciowego do pomiaru poziomu cieczy [4, s. 136] Mo|na wykorzysta bezpo[rednio metalowe [ciany zbiornika jako elektrod. Umieszczajc w zbiorniku drug elektrod w postaci drutu, prta lub liny otrzymamy kondensator. Czujniki pojemno[ciowe mo|na stosowa zarówno do pomiaru poziomu cieczy jak równie| do pomiaru poziomu ciaB sypkich. W tym drugim przypadku pomiar bdzie miaB charakter przybli|ony. Poziomomierze izotopowe W izotopowych metodach pomiaru wykorzystuje si zjawisko pochBaniania lub odbijania w okre[lonym stopniu promieniowania przez badany o[rodek, przy czym promieniowanie u|yte do pomiaru nie powinno powodowa dostrzegalnych zmian w o[rodku. Jest to metoda nieinwazyjna, znajdujca zastosowanie w ekstremalnych warunkach procesów chemicznych (wysokie temperatury i ci[nienie, [rodowiska chemicznie agresywne). Szczególnie metod t stosuje si do pomiaru i sygnalizacji poziomu cieczy w szczelnych zbiornikach (rys. 13). Detektor wyznacza poziom cieczy na podstawie zmian nat|enia odbieranej wizki promieniowania, wywoBanych jego stopniow absorpcj przez mierzon ciecz w zbiorniku.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 25 Rys. 13. Schemat pomiaru poziomomierzem izotopowym [4, s. 75] 4.3.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Jakie parametry procesu wiercenia s na bie|co kontrolowane? 2. Co wchodzi w skBad zestawu aparatury pomiarowej stosowanej do mierzenia parametrów procesu wiercenia? 3. Jak jest zbudowany ci|arowskaz i jaka jest zasada jego dziaBania? 4. Jakie przetworniki i przyrzdy rejestrujce zainstalowane s w automatycznym ukBadzie pomiarowym procesu wiercenia? 5. Jaka jest zasada dziaBania termometrów oporowych? 6. Jakie materiaBy stosuje si na termometry rezystancyjne i dlaczego? 7. Co to s termistory? 8. Jakie elementy spr|yste stosuje si w ci[nieniomierzach? 9. Jaka jest zasada dziaBania manometrów z elementami spr|ystymi? 10. Jakie zjawiska wykorzystywane s w manometrach elektrycznych? 11. Jakie czujniki s wykorzystywane na przeksztaBcenie przesunicia elementów spr|ystych w przetwornikach ci[nienia na sygnaB elektryczny? 12. Jak dziaBa przetwornik ró|nicy ci[nieD z membran pomiarow? 13. Dlaczego czsto stosuje si do pomiarów ci[nienia mostki tensometryczne? 14. Które z poznanych ci[nieniomierzy umo|liwiaj przesyB wyników pomiarów na odlegBo[? 15. Jaka jest ró|nica pomidzy poziomomierzem a sygnalizatorem poziomu? 16. Jak klasyfikuje si poziomomierze? 17. Jaka jest ró|nica pomidzy pBywakiem o staBym zanurzeniu a nurnikiem? 18. Jakie zjawiska wykorzystano w poziomomierzach elektrycznych? 19. Gdzie szczególnie s stosowane pomiary poziomu metodami izotopowymi? 20. Na czym polega pomiar poziomomierzem izotopowym?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 26 4.3.3. wiczenia wiczenie 1 Rozpoznaj przetworniki do pomiaru parametrów procesu wiercenia. Zaklasyfikuj do odpowiedniej grupy ze wzgldu na sposób pomiaru, podaj ich producenta, dane techniczne oraz rodzaj sygnaBu wyj[ciowego. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) zapozna si materiaBem teoretycznym o przetwornikach do pomiaru parametrów procesu wiercenia, 2) zorganizowa stanowisko pracy do wykonania wiczenia, 3) rozpozna przetworniki do pomiaru, 4) znalez karty katalogowe przetworników i/lub odpowiednie normy, 5) okre[li sposób pomiaru przetwornikiem: stykowy czy bezstykowy, 6) okre[li zasad dziaBania przetworników, 7) okre[li ich wBa[ciwo[ci pomiarowe: zakres, dziaBka elementarna, klasa dokBadno[ci, 8) okre[li rodzaj sygnaBu wyj[ciowego z czujnika, 9) zaprezentowa wykonane wiczenie, 10) dokona oceny poprawno[ci wykonania wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  przetworniki pomiarowe parametrów procesu wiercenia,  karty katalogowe,  normy,  kartki papieru,  przybory do pisania,  literatura z rozdziaBu 6. wiczenie 2 Dobierz poziomomierz do pomiarów zdalnych i rejestracji poziomu cieczy w zbiornikach otwartych i ci[nieniowych. Wymagany zakres pomiarowy 0 4 m. Temperatura cieczy w zbiorniku do 80oC, ci[nienie robocze max 2 MPa. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) zorganizowa stanowisko pracy do wykonania wiczenia, 2) okre[li wymagania jakie musi speBni poszukiwany poziomomierz, 3) zapozna si z dostpnymi katalogami, czasopismami, 4) wykorzysta zasoby Internetu, 5) wytypowa poziomomierz (poziomomierze) speBniajce wymagania, 6) przygotowa prezentacj poziomomierzy, 7) zaprezentowa efekty swojej pracy, 8) dokona oceny wiczenia.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 27 Wyposa|enie stanowiska pracy:  katalogi, czasopisma,  zestaw komputerowy z drukark i skanerem,  papier do drukarki,  literatura z rozdziaBu 6. 4.3.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wskaza ró|nice pomidzy poziomomierzem a sygnalizatorem poziomu? 2) przedstawi zasad dziaBania poziomomierzy pBywakowych? 3) dobra poziomomierz w zale|no[ci od rodzaju zbiornika i rodzaju mierzonego czynnika? 4) rozró|ni przetworniki pomiarowe parametrów procesu wiercenia? 5) okre[li ich zasad dziaBania?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 28 4.4. Rodzaje regulatorów 4.4.1. MateriaB nauczania Regulator to urzdzenie, którego zadaniem w ukBadzie regulacji jest wyznaczenie uchybu regulacji (µ) oraz uksztaBtowanie sygnaBu wyj[ciowego (u) o warto[ci zale|nej od warto[ci uchybu regulacji, czasu wystpowania uchybu i szybko[ci jego zmian, a tak|e zapewnienie sygnaBowi wyj[ciowemu postaci i mocy potrzebnej do uruchomienia urzdzeD wykonawczych. Regulatory, ze wzgldu na dostarczan energi, mo|emy podzieli na: - regulatory bezpo[redniego dziaBania  nie korzystaj z energii pomocniczej, - regulatory po[redniego dziaBania  korzystaj ze zródBa energii pomocniczej: - pneumatyczne, - hydrauliczne, - elektryczne. Regulatory mo|emy podzieli tak|e ze wzgldu na rodzaj sygnaBu wyj[ciowego na: - analogowe, gdzie sygnaB wyj[ciowy ma posta cigB  regulatory typu P, I, PI, PD, PID, - dyskretne, gdzie sygnaB wyj[ciowy ma posta niecigB  regulatory dwustawne, trójstawne, krokowe, impulsowe, cyfrowe. Ze wzgldu na przeznaczenie regulatory mog by: - uniwersalne, - specjalizowane (przeznaczone do regulacji jednej wielko[ci). Regulatory analogowe Ze wzgldu na rodzaj stosowanych czBonów formujcych sygnaB sterujcy wyró|niamy nastpujce typy regulatorów: - regulator typu P, realizujcy dziaBanie proporcjonalne, - regulator typu I, realizujcy dziaBanie caBkujce, - regulator typu PI, realizujcy dziaBanie proporcjonalno-caBkujce, - regulator typu PD, realizujcy dziaBanie proporcjonalno-ró|niczkujce, - regulator typu PID, realizujcy dziaBanie proporcjonalno-caBkujco-ró|niczkujce. Regulatory cyfrowe W budowie wspóBczesnych ukBadów regulacji wykorzystywane s powszechnie komputer i mikoroprocesory. W zwizku z tym pojawiBa si nowa klasa regulatorów: regulatory cyfrowe. Pocztkowo byBy one realizowane jako podprogramy w du|ych komputerach sterujcych procesami, obecnie budowane s równie| jako wyodrbnione aparaty tablicowe (rys. 14) i klasyczne regulatory z wyj[ciem analogowym. Regulatory realizowane s równie| jako programy w sterownikach komputerowych oraz sterownikach programowalnych PLC. Zmieniajce si w sposób cigBy warto[ci wielko[ci procesowej w celu przetworzenia w regulatorze cyfrowym, musz by przedstawione w postaci cyfrowej, równie| warto[ sterujca w systemie cyfrowym nie mo|e by obliczana w sposób cigBy. S one obliczane co pewien czas, zwany czasem kwantowania (albo próbkowania) Tp, w chwilach próbkowania tk = k ‡ Tp., na podstawie warto[ci uchybu regulacji w chwili bie|cej i ewentualnie w chwilach poprzedzajcych.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 29 Rys. 14. DwukanaBowy regulator cyfrowy temperatury: a) widok perspektywiczny, b) pBytka czoBowa; 1  wy[wietlacz temperatury regulowanej, 2  lampki sygnalizacyjne, |e sygnaBy wyj[ciowe s niezerowe, 3  przycisk do wybrania trybu dziaBania na obiekt (A  automatyczny, M  rczny), 4  przycisk zmiany MENU regulatora (zmiana regulatora), 5  przyciski do zmiany warto[ci zadanych i nastaw regulatora, 6  wy[wietlacz warto[ci zadanej i nastaw aktualnie wybranych przyciskiem 4 [8, s. 188] Regulatory cyfrowe PID W regulacji cyfrowej s stosowane sterowniki komputerowe oraz sterowniki programowalne PLC. W ukBadach regulacji cyfrowej sygnaB odchyBki, zmieniajcy si w sposób cigBy, jest przetworzony na posta dyskretn, podlegajc procesowi kwantowania oraz procesowi próbkowania (informacja o warto[ci uchybu jest pobierana w okre[lonych, równoodlegBych chwilach czasu TA). W ukBadach regulacji cyfrowej stosuje si uniwersalny regulator PID, podobnie jak w ukBadach analogowych. Najcz[ciej stosowany jest regulator PID cyfrowy o algorytmie dziaBania poBo|eniowym oraz ró|nicowym. Algorytm regulacji poBo|eniowy o dziaBaniu PID skBada si trzech oddzielnych bloków: - blok dziaBania proporcjonalnego: uPn = KP en, TA n - blok dziaBania caBkujcego: uPn = KP , "ei TI i=0 TD - blok dziaBania ró|niczkujcego: yDn = Kp (en -en -1) , dla dowolnej chwili nTA. TA W regulacji cyfrowej PID caBkowanie zastpiono sumowaniem a ró|niczkowanie ró|nic warto[ci. Po zsumowaniu trzech wy|ej podanych warto[ci sygnaBu sterujcego otrzymamy równanie regulatora PID. W algorytmie ró|nicowym nie jest obliczana peBna warto[ wielko[ci sterujcej un, ale tylko przyrost ” un, który jest nastpnie przesyBany do pamici i dodawany tam do warto[ci un-1. Sterownik programowalny z blokiem regulacyjnym PID PrzykBadowo zostanie omówiony regulator PID realizowany w sterowniku z programowaln pamici SYSTRON S400 firmy Schiele. W sterowniku tym przy pomocy funkcji PID wywoBywany jest blok programowy zawierajcy dyskretny regulator proporcjonalno-caBkujco-ró|niczkujcy (rys. 15).  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 30 Rys. 15. Ogólna struktura programu SPS z blokiem regulacyjnym Algorytm PID zaprogramowany jest tylko w systemach operacyjnych sterownika o oznaczeniu MR XXXX. Dla sygnaBów wej[ciowych i wyj[ciowych oraz parametrów regulatora PID rezerwowany jest ka|dorazowo obszar pamici o wielko[ci 25 sBów informacyjnych. Pierwsze sBowo tego obszaru okre[lane jest w bloku funkcyjnym PID. Parametry PID odpowiadaj w peBni charakterystycznym parametrom regulatorów analogowych PID. Dodatkowo uwzgldnia si czas próbkowania Ta w granicach od 10 ms do 120 s. W rejestrze trybu pracy regulatora mo|na zaBczy ograniczenie wielko[ci wyj[ciowej sterujcej, dokonywany jest wybór algorytmu regulacyjnego (poBo|eniowy lub ró|nicowy) oraz format wielko[ci wej[ciowych i wyj[ciowych regulatora (8-bitowy lub 12-bitowy). Wielko[ regulowana x podawana jest na jedno z wej[ analogowych sterownika (rys. 16.). Rys. 16. Sterownik S400 w roli regulatora cyfrowego  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 31 Po przetworzeniu na sygnaB cyfrowy wielko[ x porównywana jest z zaprogramowan lub podan na wej[ciu analogowym warto[ci zadan. W zale|no[ci od uchybu regulacji e i parametrów regulatora obliczana jest wielko[ sterujca y, która po przetworzeniu na sygnaB analogowy podawana jest na wyj[cie analogowe SPS. SygnaB wyj[ciowy y mo|e by tak|e podawany w postaci impulsów o zmiennej szeroko[ci na wyj[cie binarne SPS. W sterownikach programowalnych PLC mo|liwe jest zrealizowanie regulatora dwustawnego. Aby mo|liwe byBo przetwarzanie wyników pomiarów, np. temperatury, ci[nienia, poziomu cieczy itp., sterownik wyposa|ony jest w moduB analogowy. Umo|liwia on przetworzenie sygnaBów analogowych na napicie staBe z przedziaBu 0 ÷ 10V. Nastpnie sygnaB analogowy napicia przetwarzany jest w przetworniku A/C na o[miobitowy sygnaB binarny. Napiciu z przedziaBu 0 ÷ 10V odpowiada 0 ÷ 255 sygnaBów binarnych. Dalej sygnaB jest najcz[ciej przetwarzany w komparatorze. Komparator ma dwa wej[cia, umo|liwiajce porównanie ze sob dwóch warto[ci. Na wej[cie 1 (E1) podaje si  przez wej[cie analogowe EA 0.01 sterownika  warto[ rzeczywist (sygnaBu regulowanego np. temperatur), a na wej[cie 2 (E2) warto[ zadan. Warto[ zadan np. temperatury mo|emy poda w postaci staBej K lub przez drugie wej[cie analogowe sterownika. Komparator w sposób cigBy porównuje obie warto[ci, sprawdzajc, która z zale|no[ci jest speBniona: - E1 > E2, - E1 = E2, - E1 < E2. 4.4.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Na czym polega kwantowanie w chwilach próbkowania sygnaBów cigBych w regulatorze cyfrowym? 2. Jakie warto[ci s wy[wietlane na wy[wietlaczach pByty czoBowej cyfrowego regulatora temperatury? 3. W jakich systemach operacyjnych sterownika S400 zaprogramowany jest algorytm PID? 4. Jaki obszar pamici zarezerwowany jest dla sygnaBów wej[ciowych i wyj[ciowych oraz parametrów regulatora PID? 5. Jaki parametr charakterystyczny maj wszystkie regulatory programowe? 6. W jakim formacie zapisuje si wielko[ zadan w i regulowan x? 7. Jakie algorytmy regulacyjne mo|e realizowa regulator PID? 4.4.3. wiczenia wiczenie 1 Okre[l rodzaj wyj[ sterownika oraz parametry sygnaBów wyj[ciowych na podstawie dokumentacji technicznej. Jakimi urzdzeniami mo|e on sterowa? Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) przeanalizowa tre[ zadania, 2) zapozna si z przygotowan dokumentacj techniczn sterownika, 3) wypisa dane techniczne, 4) wyja[ni do sterowania jakimi urzdzeniami mo|e sBu|y ten typ sterownika, 5) zaprezentowa wykonane wiczenie, 6) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 32 Wyposa|enie stanowiska pracy: - dokumentacja techniczna sterownika, - zeszyt,  literatura wskazana przez nauczyciela. 4.4.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) poda w jaki sposób programuje si algorytm regulatora PID w sterowniku PLC? 2) okre[li ilo[ i rodzaj wyj[ sterownika, na podstawie dokumentacji technicznej? 3) okre[li poziomy sygnaBów wyj[ciowych sterownika, na podstawie dokumentacji technicznej? 4) okre[li w jaki sposób mo|liwa jest realizacja regulatora dwustawnego w sterowniku PLC?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 33 4.5. Elementy wykonawcze 4.5.1. MateriaB nauczania Poni|ej zostan przedstawione przykBadowe zastosowania elementów wykonawczych w ukBadach sterowania i regulacji urzdzeD wiertniczych. SiBowniki sterujce zamykaniem i otwieraniem zasuwy gBowicy eksploatacyjnej GBównym elementem uzbrojenia wylotu odwiertu jest gBowica eksploatacyjna, z któr wspóBpracuje system sterowania. W warunkach ldowych systemy sterowania s znacznie prostsze w porównaniu z systemami sterujcymi gBowice eksploatacyjne podwodne. Sterowanie gBowic mo|e odbywa si rcznie przez odpowiedni ruch koBem sterowym lub zdalnie przy pomocy siBowników (aktuatorów). Zastosowanie siBowników pozwala na budowanie systemów sterowania wieloma gBowicami znajdujcymi si w znacznej odlegBo[ci od siebie jak równie| sterowania z centrum decyzyjnego. W ten sposób mo|na bardzo precyzyjnie regulowa produkcj jak i innymi zabiegami w odwiercie. Ponadto znacznie podnosimy bezpieczeDstwo pracy zaBóg, gdy| nie ma bezpo[redniego kontaktu z elementami pracujcymi pod wysokim ci[nieniem. SiBownik jest najcz[ciej sterowany hydraulicznie lub pneumatyczne (rys. 17). Jego przeciwstawny system dziaBania otrzymuje do swej pracy zewntrzn energi od ci[nienia medium zasilajcego i gromadzi j w postaci mechanicznej. Spr|yna naciskowa magazynuje energi potrzebn do obsBugi zaworu. Rys. 17. PrzykBady siBowników sterujcych zamykaniem i otwieraniem zasuwy gBowicy eksploatacyjnej [1]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 34 Turbowierty i elektrowierty W celu zmniejszenia strat energii przekazywanej na narzdzie wiertnicze pracujce na dnie otworu umieszcza si bezpo[rednio nad narzdziem wierccym silniki hydrauliczne lub elektryczne. Do tych urzdzeD zalicza si turbowierty i elektrowierty. Turbowiert skBada si z wielostopniowej turbiny hydraulicznej, jej osBony, waBu i [widra. Podstawow cz[ci s stopnie turbiny (wirniki i statory) bdce silnikiem przemieniajcym energi strumienia wody lub pBuczki wiertniczej przepBywajcej midzy Bopatkami turbiny na prac mechaniczn (rys. 18). Rys. 18. Perspektywiczny widok i cz[ciowy przekrój statora i wirnika turbiny turbowiertu: 1  zewntrzny pier[cieD statora, 2  Bopatka statora, 3  wewntrzny pier[cieD statora, 4  wewntrzny pier[cieD wirnika, 5  Bopatka wirnika, 6  zewntrzny pier[cieD wirnika, A  siBa dziaBajca na Bopatk wirnika, B  siBa dziaBajca na Bopatk statora [2, s. 82] Wiercenia turbinowe mog by prowadzone pojedynczym zestawem lub zespoBem dwóch turbowiertów poBczonych odpowiednio z przewodem wiertniczym. Urzdzenie do wiercenia turbowiertem zbudowane jest z: wycigu wiertniczego, haka, wielokr|ka, gBowicy pBuczkowej, stoBu wiertniczego, pomp pBuczkowych, silników napdowych i przekBadni prdko[ci. Robocz cz[ci turbowieru jest wielostopniowa (mo|e mie nawet 100 stopni) turbina hydrauliczna (rys. 19). Stosuje si nastpujce typy elektrowiertów: - dostosowany do pracy na przewodzie wiertniczym, - zawieszony tylko na kablu elektrycznym. Elektrowiert (rys. 20) dostosowany do pracy na przewodzie wiertniczym zbudowany jest z silnika elektrycznego umieszczonego w szczelnej osBonie, reduktora obni|ajcego prdko[ obrotow silnika, wrzeciona (waBu), do którego przykrcony jest [wider oraz system dBawików chronicych mechanizm przed przedostaniem si do wntrza pBuczki. Prd elektryczny doprowadzany jest do silnika z powierzchni ziemi za pomoc kabla umieszczonego w kolumnie rur pBuczkowych, którymi tBoczona jest pBuczka wiertnicza.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 35 Rys. 19. Turbowierty: a  górna cz[ turbowiertów, b  dolna Rys. 20. Schemat konstrukcji elektrowiertu cz[ turbowiertów: 1  kadBub, 2  Bo|ysko dolne, zapuszczanego na rurach: 1  waB 3  nakrtka dociskowa, 4  opora, 5  wirnik, 6  stator, silnika, 2  sekcja silnika, 3  sekcja 7  Bo|ysko [rednie, 8  tuleja [rodkowego Bo|yska, statora, 4  uzwojenie statora, 9  pier[cieD regulujcy, 10  kr|ek Bo|yska 5  pakiet diamagnetyczny, oporowego, 11  pier[cieD Bo|yska oporowego, 6  kabel zasilajcy, 7  gBowica 12  Bo|ysko oporowe, 13  nakrtka, 14  nakrtka kontaktowa, 8  kadBub silnika, dociskowa, 15  nakrtka zabezpieczajca, 16  waB, 9  waB wrzeciona [2, s. 85] 17  tuleja, 18  Bcznik, 19  Bcznik rurowy, 20  Bcznik [2, s. 84]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 36 4.5.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Jakie siBowniki s najcz[ciej stosowane w ukBadach sterujcych w wiertnictwie? 2. Jakie mo|liwo[ci uzyskano dziki zastosowaniu siBowników do sterowania gBowicami eksploatacyjnymi? 3. Jak jest zbudowana wielostopniowa turbina hydrauliczna? 4. W jaki sposób uzyskano zmniejszenie strat energii przekazywanej z silnika na narzdzie wiertnicze? 5. Jak jest zbudowany elektrowiert zapuszczany na rurach? 4.5.3. wiczenia wiczenie 1 Rozpoznaj siBowniki. Okre[l ich dane techniczne. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) zorganizowa stanowisko pracy do wykonania wiczenia, 2) okre[li typ siBownika, 3) poda nazw producenta, 4) odczyta parametry siBownika, 5) wskaza gdzie mog by stosowane, 6) wskaza ich sygnaBy wyj[ciowe, 7) zaprezentowa efekty swojej pracy, 8) dokona oceny wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy:  siBowniki pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne,  modele siBowników,  karty katalogowe,  komputer osobisty PC z dostpem do Internetu,  kartki papieru A4,  przybory do pisania i rysowania,  literatura z rozdziaBu 6. 4.5.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wyja[ni zasad dziaBania turbiny turbowiertu? 2) wyja[ni zasadnicz ró|nic pomidzy podstawowymi typami elektrowiertów? 3) wyja[ni sposoby sterowania siBowników? 4) zinterpretowa wpByw siBowników na mo|liwo[ci sterowania gBowic eksploatacyjn? 5) korzysta z ró|nych zródeB informacji?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 37 4.6. Silniki 4.6.1. MateriaB nauczania Silniki do wierceD obrotowych, napdzajce wycig wiertniczy, pompy pBuczkowe oraz stóB wiertniczy, powinny odznacza si wysok pewno[ci ruchu, Batwo[ci i prostot obsBugi oraz mo|liwie du|ym zakresem liczby obrotów. Ponadto powinny umo|liwia zmian kierunku obrotów i du| chwilow przeci|alno[ silnika oraz du|y moment rozruchowy. Przy wierceniu wystpuj du|e wahania w zapotrzebowaniu mocy silników potrzebnej na wiercenie, na zapuszczanie i wyciganie przewodu wiertniczego oraz do napdu pomp pBuczkowych. Najwiksze obci|enie i przeci|enie silników wystpuje przy wyciganiu przewodu wiertniczego, przy czym s one krótkotrwaBe, a praca silników chwilowa i zmienna. Dlatego moc silników ustala si nie na podstawie maksymalnej ich mocy potrzebnej na krótki okres, lecz by byBy one zdolne przez krótki czas pracowa z przeci|eniem od 20 do 30%. Wraz ze zmian obci|enia silniki te powinny w sposób automatyczny przystosowywa liczb swoich obrotów. Ponadto powinny charakteryzowa prost budow oraz zabezpieczeniem przed po|arem. Poza tym caBy ukBad napdowy powinien umo|liwia Batw wymian cz[ci lub caBego bloku napdowego oraz szybki monta| i demonta|. Do napdu wiertnicy stosuje si silniki spalinowe lub elektryczne. W praktyce wiertniczej stosuje si nastpujce ukBady napdowe: - indywidualny napd dla ka|dej maszyny wiertniczej oddzielnie, stosowany zwykle w wiertnicach zelektryfikowanych, - napd grupowy stosowany w wiertnicach przewa|nie z silnikami spalinowymi, - napd kombinowany stosowany szczególnie w wiertnicach ci|kich do wierceD gBbokich, w którym silnik lub silniki napdowe napdzaj osobno pomp pBuczkow lub pompy, a pozostaBe silniki sBu| do napdu ró|nych cz[ci wiertnicy. Zalet napdu indywidualnego jest mo|liwo[ uruchomienie lub zatrzymania ka|dej cz[ci wiertnicy niezale|nie od pozostaBych maszyn. Ponadto daje on lepsze wykorzystanie i zu|ycie mocy. Napd grupowy, z kolei daje mo|no[ lepszego wykorzystania mocy silników. Uzyskujemy go z dwu, trzech, czterech, a nawet piciu poBczonych ze sob kinematycznie silników spalinowych, które mog równocze[nie dostarcza mocy nie tylko na pompy pBuczkowe, ale równie| na wycig i stóB wiertniczy. UkBady hydrauliczne maj zastosowanie wszdzie tam gdzie wymagane s du|e siBy i momenty siB, a wic w ci|kich maszynach budowlanych, górniczych, hutniczych, w wiertnictwie, w prasach, w dzwignicach jak równie| w obrabiarkach oraz mobilnych maszynach roboczych. W zale|no[ci od sposobu przenoszenia ruchu napdy hydrauliczne dzieli si na:  hydrostatyczne, wykorzystujce do przenoszenia ruchu przede wszystkim energi ci[nienia cieczy; w napdach tych stosuje si wysokie ci[nienie i niewielkie prdko[ci cieczy (zazwyczaj ci[nienie powy|ej 10 MPa za[ prdko[ poni|ej 8 m/s),  hydrokinetyczne, wykorzystujce do przenoszenia ruchu przede wszystkim energi kinetyczn cieczy; w napdach tych stosuje si niewielkie ci[nienia (poni|ej 1MPa) i du|e prdko[ci (powy|ej 80 m/s). PodziaB ten nie jest [cisBy bowiem w napdach hydrostatycznych musi równie| istnie pewien przepByw cieczy i towarzyszca mu energia kinetyczna strumienia cieczy za[ w napdach hydrokinetycznych cz[ energii przenoszona jest w postaci energii ci[nienia.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 38 W zale|no[ci od rodzaju przenoszonego ruchu rozró|nia si napdy:  o ruchu obrotowym,  o ruchu postpowym,  ze zmian ruchu obrotowego na ruch postpowy bdz ruchu postpowego na obrotowy. Napdy hydrostatyczne budowane s dla wszystkich rodzajów ruchu, za[ napdy hydrokinetyczne stosuje si wyBcznie dla ruchu obrotowego. Zasadniczy schemat blokowy napdu hydraulicznego przedstawia rysunek 21: Rys. 21. Schemat blokowy napdu hydraulicznego [14, s. 14] Na schemacie (rys. 21) wida jak moc N1, moment obrotowy M1 oraz prdko[ ktowa 1 silnika napdowego jest zamieniana przez ukBad hydrauliczny na odpowiednie parametry wyj[ciowe napdu. W przypadku gdy elementem roboczym bdzie silnik hydrauliczny to na wyj[ciu otrzymamy moment M2 oraz prdko[ ktow , dla siBownika bdzie to prdko[ 2 liniowa v2 oraz siBa F2. Energia dostarczana do napdu hydraulicznego przez silnik napdowy jest energi mechaniczn, która w pompie zamieniana jest na energi ci[nienia cieczy roboczej (p1) a nastpnie w elemencie roboczym nastpuje powtórna zamiana na energi mechaniczn. Zamiana jednej energii w drug zawsze wi|e si ze stratami, dlatego te| moc uzyskana na wyj[ciu N2 jest zawsze mniejsza od mocy wej[ciowej N1 o moc tracon Nt. Silniki hydrauliczne przeksztaBcaj ci[nienie cieczy w prac mechaniczn. Ich konstrukcja jest zbli|ona do budowy pomp. Na rysunku 22 przedstawiono silnik hydrauliczny osiowy o staBej chBonno[ci z tarcz wychyln. ChBonno[ci silnika nazywamy ilo[ oleju pobieranego przez silnik na jeden obrót waBu. Rys. 22. Silnik tBokowy osiowy staBej chBonno[ci z tarcz wychyln: 1  waB silnika, 2  wirnik, 3  tBok, 4  tarcza rozdzielcza [14, s. 146]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 39 Na rys. 23 przedstawiony jest silnik wiertniczy spalinowy dwunastocylindrowy, czterosuwny, bez nadmuchu, szybkoobrotowy z chBodzeniem wodnym. Rys. 23. Widok ogólny silnika wiertnicy spalinowego 5D typu W2-450 AW: 1  ukBad chBodzenie, 2  gBowica, 3  rurocig wydechowy, 4  filtr powietrza, 5  reduktor obrotów, 6  sprzgBo, 7  waB na Bo|yskach, 8  tarcza pasów klinowych, 9  rama [16, s. 72] 4.6.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Kiedy wystpuje najwiksze obci|enie i przeci|enie silników w trakcie wiercenia? 2. Jakimi cechami powinny si odznacza silniki do wierceD obrotowych? 3. Jakie silniki stosuje si do napdu wiertnicy? 4. Jakie ukBady napdowe stosuje si w praktyce wiertniczej? 5. Jakie zalety ma napd indywidualny, a jakie napd grupowy? 4.6.3. wiczenia wiczenie 1 Zbadaj silnik spalinowy. Celem wiczenia jest poznanie budowy, charakterystyk i zasad u|ytkowania silników spalinowych. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) zapozna si z materiaBem teoretycznym o silnikach spalinowych, 2) zorganizowa stanowisko pracy do wykonania wiczenia, 3) sporzdzi charakterystyki poznanych silników, na podstawie obserwacji, tabliczek znamionowych, danych katalogowych, zasobów Internetu, 4) wybrany silnik rozBo|y na cz[ci, 5) wykona szkice i scharakteryzowa konstrukcj silnika,  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 40 6) zmontowa ponownie silnik, 7) wykona peBn dokumentacj badaD, 8) narysowa dla wskazanych silników schematy ukBadów sterowania, 9) scharakteryzowa pod wzgldem u|ytkowym wybrany silnik spalinowy, 10) zaBczy silnik spalinowy i sprawdzi jego dziaBanie, 11) sporzdzi dokumentacj z przebiegu wiczenia, 12) zaprezentowa wykonane wiczenie, 13) dokona oceny poprawno[ci wykonania wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy: - silniki spalinowe, - modele silników, - ukBady zasilajce, - katalogi silników, - zestaw narzdzi monterskich, - karty katalogowe, instrukcje, - komputer z dostpem do Internetu, - kartki papieru, - przybory do pisania i rysowania, - literatura z rozdziaBu 6. 4.6.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) okre[li wymagania jakie powinny speBnia silniki do wierceD obrotowych? 2) scharakteryzowa rodzaje napdów stosowane w praktyce wiertniczej? 3) wyja[ni zasad dziaBania silnika hydraulicznego? 4) sklasyfikowa rodzaje napdów hydraulicznych ze wzgldu na sposób przenoszenia ruchu? 5) scharakteryzowa na podstawie kart katalogowych wybrany silnik spalinowy?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 41 4.7. Wybrane ukBady sterowania elektropneumatycznego 4.7.1. MateriaB nauczania W procesach automatyzacji z u|yciem pneumatyki stosuje si najcz[ciej ukBady elektropneumatyczne. Schemat ukBadu elektropneumatycznego skBada si z cz[ci energetycznej zawierajcej elektrozawory i elementy robocze w postaci siBowników lub silników pneumatycznych oraz z cz[ci sterujcej, w której znajduj si wszystkie elementy sterowania. Symbole elementów elektrycznych s takie same jak na schematach elektrycznych i elektronicznych. Do sterowania ukBadów elektropneumatycznych stosuje si stykowe ukBady sterujce oraz najcz[ciej sterownik PLC. Na rysunku 24 przedstawiono przykBad ukBadu elektropneumatycznego ze sterowaniem stykowym. W cz[ci energetycznej zastosowano siBownik dwustronnego dziaBania z jednostronnym tBoczyskiem oraz zawór rozdzielajcy 5/2 sterowany elektromagnesem oraz spr|yn. SygnaB elektryczny, który pojawi si na cewce elektromagnesu Y1 powoduje wysuw siBownika, przerwanie sygnaBu za spraw dziaBania spr|yny spowoduje jego cofnicie. W cz[ci elektrycznej zastosowano przycisk S1 sBu|cy do wBczania ukBadu, przekaznik K1, oraz wyBcznik kraDcowy S2. Po naci[niciu przycisku S1 sygnaB dotrze do cewki przekaznika powodujc zwarcie styków K1 i uruchomienie elektromagnesu zaworu Y1. SiBownik wysuwa si (sygnaB jest podtrzymywany przez styki K1). Po osigniciu pozycji wysunitej siBownik rozBcza styki wyBcznika kraDcowego co prowadzi do cofnicia siBownika. Rys. 24. PrzykBad ukBadu elektropneumatycznego ze sterowaniem stykowym [20]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 42 4.7.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Z jakich cz[ci skBada si schemat ukBadu elektropneumatycznego? 2. Co stosuje si do sterowania ukBadów elektropneumatycznych? 3. Z czego skBada si cz[ energetyczna ukBadu elektropneumatycznego? 4.7.3. wiczenia wiczenie 1 Przeanalizuj schemat elektropneumatyczny otrzymany od nauczyciela. Na podstawie symboli rozpoznaj elementy pneumatyczne i elektryczne przedstawione na schemacie. Okre[l sposób dziaBania ukBadu oraz rol poszczególnych elementów. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) przeanalizowa schemat otrzymany od nauczyciela, 2) rozpozna elementy na nim umieszczone, 3) okre[li sposób dziaBania ukBadu, 4) okre[li funkcj poszczególnych elementów ukBadu, 5) zaprezentowa wyniki wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy: - schematy elektropneumatyczne ukBadów, - poradnik dla ucznia, - literatura wskazana przez nauczyciela. wiczenie 2 Na podstawie schematu otrzymanego od nauczyciela, zmontuj ukBad elektropneumatyczny na stanowisku do monta|u. Uruchom go i zbadaj jego wBa[ciwo[ci. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) zapozna si z zasadami monta|u na stanowisku do elektropneumatyki, 2) przeanalizowa otrzymany schemat elektropneumatyczny, 3) rozpozna symbole zastosowane na schemacie, 4) zaplanowa wykonanie monta|u, 5) dobra element, 6) dobra narzdzia, 7) dobra przewody pneumatyczne i elektryczne, 8) wykona monta| zgodnie z zaplanowan kolejno[ci operacji stosujc przepisy bhp, 9) przedstawi zmontowany ukBad nauczycielowi do sprawdzenia, 10) skorygowa ewentualne bBdy, 11) uruchomi ukBad i zbada jego dziaBanie. Wyposa|enie stanowiska pracy: - stanowisko do monta|u ukBadów elektropneumatycznych, - zestaw elementów,  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 43 - komplet przewodów Bczeniowych, - schemat elektropneumatyczny, - zestaw pytaD prowadzcych, - poradnik dla ucznia, - literatura wskazana przez nauczyciela. 4.7.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) scharakteryzowa elektrozawory pneumatyczne? 2) czyta schematy elektropneumatyczne? 3) zmontowa na podstawie schematu ukBad elektropneumatyczny? 4) okre[li zastosowanie pneumatyki w wiertnictwie?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 44 4.8. Wybrane ukBady sterowania elektrohydraulicznego 4.8.1. MateriaB nauczania Napdy hydrauliczne najcz[ciej s sterowane za pomoc sygnaBów elektrycznych. W tym celu stosuje si rozdzielacze hydrauliczne z dwiema lub z jedn cewk sterujc. Na schematach ukBadów elektrohydraulicznych podobnie jak w elektropneumatyce cz[ energetyczna i elektryczna s przedstawiane oddzielnie (rys. 25). Sterowanie, w którym wykorzystuje si przekazniki nazywa si sterowaniem stykowym. Obecnie najcz[ciej ukBady hydrauliczne sterowane s za pomoc sterowników PLC. Rys. 25. PrzykBad ukBadu elektrohydraulicznego sterowanego stykowo W systemach mechatronicznych oprócz konwencjonalnej techniki zaworowej sterujcej siBownikami i silnikami pneumatycznymi oraz hydraulicznymi stosuje si tzw. technik proporcjonaln. Polega ona na zastpowaniu rozdzielaczy i zaworów sterujcych ci[nieniem zaworami proporcjonalnymi, a w przypadku hydrauliki równie| serwozaworami. GBównymi zaletami techniki proporcjonalnej w stosunku do konwencjonalnej techniki zaworowej s: - mniejszy koszt urzdzeD, osprztu, monta|u, - mniejsza zajmowana przestrzeD, - bezstopniowo zmieniane warto[ci zadane ci[nienia i nat|enia przepBywu, - zdalnie nastawialne warto[ci zadane. Zawory proporcjonalne s zaworami (podobnie jak serwozawory) o dziaBaniu cigBym. PrzeksztaBcaj one sygnaB elektryczny na proporcjonalne do niego ci[nienie lub nat|enie przepBywu. W zwizku z tym dzieli si je na: ci[nieniowe oraz nat|eniowe. Stosowanie techniki  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 45 proporcjonalnej pozwala na dowolne ksztaBtowanie przyspieszeD i opóznieD ruchu elementów wykonawczych oraz na ich dokBadne pozycjonowanie. Do sterowania zaworów proporcjonalnych stosuje si elektroniczne karty sterujce. Budow hydraulicznego rozdzielacza proporcjonalnego oraz jego symbol przedstawia rysunek 26. Rys. 26. Rozdzielacz proporcjonalny ze sprz|eniem zwrotnym od poBo|enia suwaka [11, s. 131] Serwozawory (serworozdzielacze) reaguj szybciej i dokBadniej na zmiany sygnaBów sterujcych ni| rozdzielacze proporcjonalne. S jednak bardziej wra|liwe na zanieczyszczenia oleju hydraulicznego oraz znacznie dro|sze. Ich podstawowymi elementami s: przetwornik momentowy i zawór sterowany hydraulicznie. W przetworniku (rys. 27) sygnaB elektryczny jest zamieniany na ruch przesBony, która odpowiednio do sygnaBu przysBania lew albo praw dysz, co prowadzi do wzrostu lub spadku ci[nieD ps1 i ps2. Ró|nica tych ci[nieD powoduje przesterowanie suwaka zaworu. Poniewa| suwak jest centrowany za pomoc spr|yn o liniowej charakterystyce, zatem otrzymuje si przesunicie suwaka proporcjonalne do ró|nicy ci[nieD ps1 i ps2. Rys. 27. Budowa dwustopniowego serwozaworu elektrohydraulicznego: 1  przetwornik momentowy, 2  suwak zaworu II stopnia, 3  i 4  spr|yny centrujce suwak [14, s. 282]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 46 4.8.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Na czym polega sterowanie elektryczne w ukBadach hydraulicznych? 2. Jakie elementy wykorzystuje si do sterowania stykowego ukBadów hydraulicznych? 3. Za pomoc czego obecnie najcz[ciej sterowane s ukBady hydrauliczne? 4.8.3. wiczenia wiczenie 1 Przeanalizuj schemat elektrohydrauliczny otrzymany od nauczyciela. Na podstawie symboli rozpoznaj elementy hydrauliczne i elektryczne przedstawione na schemacie. Okre[l sposób dziaBania ukBadu oraz rol poszczególnych elementów. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) przeanalizowa schemat otrzymany od nauczyciela, 2) rozpozna elementy na nim umieszczone, 3) okre[li sposób dziaBania ukBadu, 4) okre[li funkcj poszczególnych elementów ukBadu, 5) zaprezentowa wyniki wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy: - schematy hydrauliczne ukBadów, - poradnik dla ucznia, - literatura wskazana przez nauczyciela. wiczenie 2 Zmontuj ukBad elektrohydrauliczny na stanowisku do monta|u na podstawie schematu otrzymanego od nauczyciela. Uruchom go i zbadaj jego wBa[ciwo[ci. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) zapozna si z zasadami monta|u na stanowisku do elektrohydrauliki, 2) przeanalizowa otrzymany schemat elektrohydrauliczny, 3) rozpozna symbole zastosowane na schemacie, 4) zaplanowa wykonanie monta|u, 5) dobra element, 6) dobra narzdzia, 7) dobra przewody hydrauliczne i elektryczne, 8) wykona monta| zgodnie z zaplanowan kolejno[ci operacji stosujc przepisy bhp, 9) przedstawi zmontowany ukBad nauczycielowi do sprawdzenia, 10) skorygowa ewentualne bBdy, 11) uruchomi ukBad i zbada jego dziaBanie.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 47 Wyposa|enie stanowiska pracy: - stanowisko do monta|u ukBadów elektrohydraulicznych, - zestaw elementów, - komplet przewodów Bczeniowych, - schemat elektrohydrauliczny, - zestaw pytaD prowadzcych,  literatura wskazana przez nauczyciela. 4.8.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) zmontowa proste ukBady elektrohydrauliczne? 2) okre[li zastosowanie hydrauliki w wiertnictwie? 3) rozpozna symbole hydrauliczne i elektryczne przedstawione na schemacie ? 4) uruchomi ukBad elektrohydrauliczny i zbada jego dziaBanie?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 48 4.9. Zastosowanie elektroniki do prac wiertniczych 4.9.1. MateriaB nauczania Urzdzenia elektroniczne wchodz w skBad wielu urzdzeD wykorzystywanych do prac wiertniczych. Zaliczamy do nich m.in. regulatory mikroprocesorowe, przetworniki pomiarowe, rejestratory elektroniczne i sterowniki napdów energoelektronicznych. W obiektach o wielu parametrach regulowanych stosuje si sterowniki programowalne PLC albo komputerowe systemy sterowania. W takich systemach specjalne programy zawarte w sterowniku PLC albo w komputerze sterujcym, przetwarzaj sygnaBy wej[ciowe i wyj[ciowe, speBniajc rol regulatorów sterowanego obiektu. S one niezastpione przy optymalizacji procesów automatyzacji wiercenia i wydobycia oraz sterowania systemami eksploatacji. W Systemie Wspierania Decyzji stosowanym w przemy[le wydobywczym autonomiczne sterowniki swobodnie programowalne PLC obsBuguj wybrane urzdzenia na wiertni. Do ich zadaD nale|y pomiar podstawowych wielko[ci fizycznych oraz realizacja algorytmów podstawowych funkcji sterowania i zabezpieczeD. Poni|ej zostanie bli|ej przedstawiona budowa i zasada dziaBania takich sterowników. Sterownik PLC Sterowniki programowalne PLC mog by wykonane w postaci kompaktowej jako samodzielnie dziaBajce bloki (do zamontowania na szynie DIN  rys. 28) lub moduBowej (pakietowej), która pozwala na modernizacj z rozszerzeniem mo|liwo[ci urzdzenia. Sterowniki moduBowe s wsuwane do kasety, gdzie Bcz si z pByt bazow sterownika. W jednej kasecie mo|e by kilka takich moduBów. Sterowniki w wersji kasetowej s przeznaczone do sterowania bardziej zBo|onych obiektów (o kilkuset wej[ciach i wyj[ciach). Sterowniki kompaktowe maj niewielk liczb wej[ i wyj[ (od 10 do 32). Rys. 28. Widok najmniejszego sterownika PLC zamocowanego na listwie DIN: 1  listwa DIN, 2  sterownik LOGO, 3  wyj[cia, 4  wy[wietlacz, 5  wej[cia, 6  kasetka z wsuwan pamici flash, 7  przyciski do programowania [8, s. 192] Sterownik PLC (rys. 29) zbudowany jest z: ukBadu zasilania napiciowego (zasilacza), moduBu sygnaBów wej[ciowych, jednostki centralnej z mikroprocesorem, pamici programu oraz moduBu sygnaBów wyj[ciowych. ModuB jednostki centralnej CPU podBcza si do zródBa napicia (zazwyczaj jest to napicie staBe +24 V).  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 49 Rys. 29. Schemat funkcjonalny sterownika PLC [18, s. 192] Blok pamici zawiera nastpujce obszary poBczone wewntrzn magistral sterownika:  pami danych typu RAM lub EPROM, przechowuje dane i instrukcje programu u|ytkownika, mo|e by rozszerzana za pomoc dodatkowych kart lub moduBów,  pami robocza  szybka pami typu RAM, w trakcie przetwarzania programu przez u|ytkownika kopiowane s do niej dane,  pami systemowa zawiera zmienne (operandy), na których wykonywane s operacje programu (zmienne te zbierane s w obszarze zwanym obszarem operandów  wielko[ obszaru zale|y od zastosowanego CPU). ModuB sygnaBów wej[ciowych zawiera ukBady elektroniczne zamieniajce sygnaBy pochodzce z urzdzeD zewntrznych na sygnaBy logiczne akceptowane przez sterownik. UkBady stosowane w tym module to: dzielniki napicia, filtry RC tBumice zakBócenia, diody chronice, ukBady prostownicze, transoptory izolujce obwody wej[ciowe i magistral sterownika. Sterowniki zawieraj zazwyczaj moduBy 8, 16 lub 32 wej[ binarnych, które s multipleksowane. Ich stan sygnalizowany jest diod LED. ModuBy sygnaBów wyj[ciowych zawieraj zazwyczaj moduBy 8 lub 16 wyj[ binarnych trzech rodzajów:  wyj[cia przekaznikowe zapewniajce caBkowit separacj galwaniczn wewntrznych ukBadów sterownika i obwodów wej[ciowych,  wyj[cia z Bcznikami triakowymi stosowane dla zasilania odbiorników prdu przemiennego (np. 230 V/ 50 Hz, AC),  wyj[cia z Bcznikami tranzystorowymi stosowane dla zasilania odbiorników napicia staBego (np. 24 V DC, 200 mA). Dla obsBugi poszczególnych procesów przemysBowych zazwyczaj nie wystarczy jeden sterownik. Poszczególne jednostki produkcyjne s wówczas sterowane poprzez sterowniki lokalne, podrzdne (Slave), poBczone przy pomocy sieci np. PROFIBUS-DP ze sterownikiem nadrzdnym (Master), który zarzdza caBym systemem (rys. 30). Do magistrali mo|na podBczy inne urzdzenia jak np. sterowniki, stacje i panele operatorskie, a tak|e inne sieci pozwalajce na wspóBprac z urzdzeniami pomiarowymi i wykonawczymi.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 50 Rys. 30. Sie sterownikowa [18, s. 194] Sterowniki programuje si najBatwiej przy u|yciu komputerów PC lub programatora rcznego (rys. 31) za pomoc specjalnego oprogramowania, dostarczanego przez producenta sterowników. Sterownik podczas programowania mo|e by poBczony z komputerem za pomoc interfejsu szeregowego np. RS-232C Rys. 31. Ilustracja mo|liwo[ci programowania sterownika PLC [18, s. 193] Zasada dziaBania sterownika SPS z programowaln pamici SygnaBy wej[ciowe sterownika s sygnaBami cyfrowymi (np. sygnaBowi 1 odpowiada napicie staBe o warto[ci +24 V a sygnaBowi 0 napicie 0 V). Sterownik SPS pracuje zgodnie z okre[lonym programem sterowniczym. Program ten zawiera cig rozkazów logicznych, które steruj prac urzdzeD. S one tworzone przy u|yciu komputera lub programatorów rcznych. Programowanie sterownika polega na wpisaniu do jego pamici programu sterowniczego, w postaci listy pojedynczych rozkazów (tzw. lista rozkazów AWL). Kolejno[ wpisywania rozkazów wynika z zasad programowania danego sterownika. Program sterowniczy sporzdzony za pomoc komputera (programatora) przesyBany jest do sterownika i zapamitywany w jego pamici. Sterownik z programowaln pamici pracuje sekwencyjnie, tzn. |e rozkazy programowe s opracowane kolejno jeden po drugim. Pracuje on tak|e cyklicznie powtarzajc cigle opracowywanie rozkazów programowych. Czas cyklu programatora oznacza czas opracowania wszystkich rozkazów zawartych w danym programie. Ze wzgldu na rodzaj pamici sterowniki dzielimy na:  sterowniki swobodnie programowalne z na staBe wbudowan do sterownika pamici RAM,  sterowniki z wymienn pamici, wyposa|one w pami typu ROM w postaci oddzielnego moduBu. PrzykBadem innego urzdzenia elektronicznego jest przedstawiony na rys. 32 mikroprocesorowy rejestrator z ekranem LCD pozwalajcy na wizualizacj, rejestracj  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 51 i archiwizacj parametrów procesów przemysBowych. Wyposa|ony jest w kolorowy wy[wietlacz o przektnej 5,5 , wewntrzn kart pamici oraz system zapisu rejestrowanych parametrów na dyskietk 3,5 . Rejestrator wspóBpracuje z programem komputerowym bezpo[rednio w czasie rzeczywistym lub za pomoc danych przenoszonych z dyskietki. Wy[wietlacz LCD pozwala przedstawi rejestrowane dane w ró|nych formach wizualizacji: emulacja ta[my papierowej, bar grafy, pola cyfrowe itp. Na ekranie mo|na obserwowa dane zbierane na bie|co oraz dane zapisane w pamici rejestratora. Wprowadzenie danych wej[ciowych rejestratora i ustawieD programowych mo|na dokona poprzez klawiatur na rejestratorze lub za po[rednictwem interfejsu z komputera. Rejestrator posiada uniwersalne wej[cie, dziki czemu mo|e wspóBpracowa z wszystkimi rodzajami czujników termoparowych i termorezystancyjnych. Rys. 32. Mikroprocesorowy rejestrator z ekranem LCD serii BR [19, s. 175] 4.9.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Do czego sBu| sterowniki programowalne PLC w ukBadach sterowania systemami eksploatacji w wiertnictwie? 2. Z jakich moduBów skBada si sterownik PLC? 3. Jakiego rodzaju ukBady elektroniczne skBadaj si na moduB wej[ciowy? 4. Jakie s stosowane rodzaje wyj[ sterownika PLC? 5. Z jakich bloków skBada si pami sterownika? 6. W jaki sposób odbywa si komunikacja programatora i sterownika? 7. Do czego sBu|y mikroprocesorowy rejestrator z ekranem LCD? 4.9.3. wiczenia wiczenie 1 Na podstawie kart katalogowych oraz informacji z Internetu podaj jakie wystpuj konstrukcje sterowników PLC oraz w jaki sposób mo|na je instalowa. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) przeanalizowa tre[ zadania, 2) zapozna si z przygotowan dokumentacj techniczn sterowników, 3) wyszuka w Internecie sterowniki PLC, 4) wypisa dane techniczne i sposoby ich instalowania,  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 52 5) zaprezentowa wykonane wiczenie, 6) dokona oceny poprawno[ci wykonanego wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy: - dokumentacje techniczne sterowników, - komputer PC z dostpem do Internetu, - zeszyt, - literatura wskazana przez nauczyciela. 4.9.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) opisa budow sterownika PLC? 2) opisa budow sieci sterownikowej? 3) okre[li wielko[ i rodzaj pamici sterownika, na podstawie dokumentacji technicznej? 4) okre[li ilo[ i rodzaj wyj[ sterownika, na podstawie dokumentacji technicznej? 5) okre[li poziomy sygnaBów wyj[ciowych sterownika, na podstawie dokumentacji technicznej?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 53 4.10. Elektroniczne monitorowanie prac wiertniczych 4.10.1. MateriaB nauczania Nowoczesny rodzaj zarzdzania oparty na Informatycznych Systemach Wspierania Decyzji pozwoliB na stworzenie systemów Bczno[ci do kontroli, rejestracji i bie|cego sterowania procesami wiercenia w dowolnym miejscu na kuli ziemskiej objtym zasigiem Bczno[ci Internetowej (rys. 33). GBównymi cechami Systemów Wspierania Decyzji (Decision Support Systems) s: zintegrowana kontrola, automatyzacja i wymiana informacji. Zarzdzanie wierceniem czy zBo|em przy zastosowaniu technik komputerowo-Internetowych umo|liwia uzyskanie jak najlepszych rezultatów wiercenia i wydobywania wglowodorów, z równoczesnym zachowaniem bezpieczeDstwa i ochrony [rodowiska naturalnego. Rys. 33. Internetowy system decyzyjny do zarzdzania poszukiwaniami i zagospodarowaniem zBó| wglowodorów [1] Systemy takie znalazBy zastosowanie w nowoczesnych urzdzeniach wiertniczych. Istniej równie| rozwizania przystosowane do tradycyjnych urzdzeD wiertniczych. Praca systemów polega na pobieraniu informacji z urzdzeD, ich analizowaniu i wysyBaniu poleceD. Dziki stosowaniu ró|nych technik transmisji danych z urzdzeD wiertniczych czy systemów wydobycia oraz przesyBanie wielko[ci parametrów do sterowania systemami eksploatacji, mo|liwe jest poBczenie z centrum decyzyjnym, które mo|e by oddalone nawet o kilka tysicy kilometrów. W centrach tych, na podstawie otrzymanych danych, s podejmowane optymalne decyzje, które przesyBa si do odpowiednich o[rodków wiertniczych czy wydobywczych. Osobne jednostki zajmuj si, np. pobieraniem informacji z urzdzeD na wiertni, osobne ich analizowaniem. S jednostki sterujce tymi urzdzeniami, jest te| jednostka nadzorujca ich prac. Zadaniem Systemu Decyzyjnego jest wspieranie czBowieka w podejmowaniu mo|liwie najkorzystniejszych decyzji i uBatwianie kontroli nad wybranymi urzdzeniami na wiertni. System taki zbudowany jest z rozmaitych elementów nowoczesnych technologii w dziedzinie automatyzacji i wymiany informacji dla podejmowania decyzji.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 54 Systemy Wspierania Decyzji s poBczeniem kilku bardzo istotnych elementów (rys. 34): - wielozadaniowego moduBu kontrolno-operacyjnego, - serwera sBu|cego do administrowania sieci i gromadzenia danych, - stacji roboczej do dystrybucji danych, - autonomicznych sterowników swobodnie programowalnych PLC, - sieci kontrolnej Bczcej urzdzenia typu PLC, - sieci informacyjnej sBu|cej do dystrybucji du|ej ilo[ci danych, - dostpu do Internetu, - centrum sterownia (moduB kontrolno-operacyjny), - CCTV  systemu nadzoru przy pomocy kamer video wraz z sieci integracji, - zdalnym oprzyrzdowaniem zwizanym z cz[ciami mechanicznymi, zbiornikami, maszynami np. w urzdzeniu wiertniczym, systemie napdowym, pBuczkowym, ukBadzie wycigowym, itp.(dziki poBczeniu ze zdaln jednostk zredukowano okablowanie do minimum). Rys. 34. Schemat ideowy Systemu Wspierania Decyzji [1] PrzykBadowy system dziaBa jako obustronny informator z miejsca wiercenia. Wielozadaniowy moduB kontrolno-operacyjny jest jednostk kontroln i central informacyjn. Integruje w sobie wszystkie odosobnione ukBady kontrolne, indykatory i wy[wietlacze dla jakiegokolwiek urzdzenia, w jeden system z intuicyjnym i z optymalizowanym interfejsem u|ytkownika. Zawiera zwarty system wy[wietlaczy graficznych, przyciski komend wy[wietlane na ekranach dotykowych oraz konsolach przyramiennych, które s zamontowane do fotela. Ka|da konsola zawiera joystick, którym mo|na wykonywa wikszo[ wspólnych zadaD i panel dotykowy zastpujcy tradycyjne przeBczniki i przepustnice. Serwer poBczony jest w systemie z wszystkimi komputerami, stacjami roboczymi i PLC, umo|liwiajc peBn wymian informacji pomidzy poszczególnymi elementami systemu. Autonomiczne sterowniki swobodnie programowane (PLC) wykonuj pomiary podstawowych wielko[ci fizycznych (tj. temperatury, ci[nienia, przepBywu), realizuj algorytmy podstawowych funkcji sterowania i zabezpieczeD (np. stabilizacja przepBywu na danym  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 55 poziomie). Dane pomiarowe transmitowane s do systemu nadrzdnego, z którego otrzymywane s polecenia oraz parametry do realizacji funkcji podstawowych. Sie kontrolna jest sieci ni|szego szczebla, to znaczy sBu|y do Bczenia maszyn PLC. Zastosowany jest protokóB Profibus bdcy szybkim, prostym, szeroko stosowanym w przemy[le, standardowym protokoBem wymiany informacji pomidzy systemami PLC. Sie informacyjna jest sieci wy|szego szczebla, sBu|c do dystrybucji du|ej ilo[ci danych. U|ywa si standardowych protokoBów TCP/IP i pracuje zazwyczaj na prdko[ci 100 Mbit/s, chocia| wiksze prdko[ci s mo|liwe. System nadzoru przy pomocy kamer video wraz z sieci integracji, posiada zdalnie manewrowane kamery CCTV. Kiedy ekran dotyczcy kontroli konkretnego urzdzenia jest otwierany jednocze[nie wy[wietlony jest obraz z kamer monitorujcych to urzdzenie. GBównym zadaniem Systemu Wspierania Decyzji jest optymalizacja wiercenia poprzez jego lepsz kontrol oraz praktycznie peBn automatyzacj. System daje mo|liwo[ peBnej kontroli wszystkich elementów urzdzenia wiertniczego. GBówne zalety systemu to: - mo|liwo[ jego modyfikacji dla ró|nych urzdzeD wiertniczych, a nawet pojedynczych urzdzeD, - kompatybilno[ z najszerzej stosowanymi komputerami klasy PC, - mo|liwo[ dodawania i usuwania kontroli nad elementami urzdzenia wiertniczego, - zredukowanie konieczno[ci lokalnego nadzoru nad przebiegiem procesu technologicznego. System mo|e by wykorzystywany do edukacji zaBogi urzdzenia wiertniczego. Korzystajc z danych dotyczcych rozwizywania konkretnych problemów szkoli si zaBog aby zwikszy prawdopodobieDstwo podejmowania sBusznych decyzji oraz efektywno[ i bezpieczeDstwo prac wiertniczych. Nowoczesne technologie informatyczne Bczone w systemy z automatyzacj wiercenia odgrywaj coraz wiksze znaczenie w przemy[le naftowym. Satelitarny dostp do Internetu, sieci komputerowe, autonomiczne sterowniki swobodnie programowalne (PLC), zwikszaj efektywno[ wiercenia i pozwalaj na bie|c i peBniejsz jego kontrol, umo|liwiaj szybk wymian informacji dla podejmowania decyzji w sterowaniu procesami w wiertnictwie (rys. 35). Rys. 35. Komunikacja pomidzy odwiertem a stanowiskiem operacyjnym [1]  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 56 4.10.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste[ przygotowany do wykonania wiczeD. 1. Jakie jest gBówne zadanie Systemu Wspierania Decyzji? 2. Z jakich elementów zbudowany jest System Wspierania Decyzji? 3. Jakie zadania realizuje moduB kontrolno-operacyjny? 4. Za pomoc jakiego protokoBu dokonuje si wymiana informacji pomidzy sterownikami PLC? 4.10.3. wiczenia wiczenie 1 Przygotuj prezentacj multimedialn dotyczc Informatycznych Systemów Wspierania Decyzji w sterowaniu procesami wydobywczymi. Powinna ona stanowi przegld rozwizaD stosowanych systemów. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie, powiniene[: 1) dokona poszukiwaD w ró|nych zródBach informacji, 2) wykona prezentacj multimedialn w programie PowerPoint pakietu Microsoft Office, 3) dokona prezentacji swojej pracy, 4) dokona oceny wiczenia. Wyposa|enie stanowiska pracy: - katalogi, - dokumentacja techniczna, - publikacje w specjalistycznych pismach, - komputer osobisty z dostpem do Internetu, - skaner, - drukarka, - papier A4, - dyskietka (pByta CD). 4.10.4. Sprawdzian postpów Czy potrafisz: Tak Nie 1) poda jaka rol peBni System Wspierania Decyzji? 2) omówi sposoby porozumiewania si poszczególnych elementów Systemu? 3) korzysta z ró|nych zródeB informacji? 4) poda jakie elementy wchodz w skBad Systemów Wspierania Decyzji? 5) omówi budow i zadania wielozadaniowego moduBu kontrolno-operacyjnego?  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 57 5. SPRAWDZIAN OSIGNI INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uwa|nie instrukcj zanim zaczniesz rozwizywa zadania. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kart odpowiedzi. 3. Zapoznaj si z zestawem pytaD testowych. 4. Test zawiera 20 zadaD o ró|nym stopniu trudno[ci, dotyczcych u|ytkowania systemów automatyki. Zadania zawieraj cztery odpowiedzi, z których tylko jedna jest poprawna. 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na zaBczonej karcie odpowiedzi, stawiajc w odpowiedniej rubryce znak X. Je[li uznasz, |e pomyliBe[ si i wybraBe[ nieprawidBow odpowiedz, to zaznacz j kóBkiem, a nastpnie ponownie zaznacz znakiem X odpowiedz prawidBow. 6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy bdziesz mógB sprawdzi poziom swojej wiedzy. 7. Kiedy wybór odpowiedzi lub jej udzielenie w analizowanym zadaniu bdzie Ci sprawiaBo trudno[, wtedy odBó| jego rozwizanie na pózniej i wró do niego, gdy zostanie Ci czas wolny. 8. Na rozwizanie testu masz 30 minut. Powodzenia! ZESTAW ZADAC TESTOWYCH 1. Kabel typu umbilical stosowany w wiertnictwie umo|liwia sterowanie a) hydrauliczne. b) elektryczne. c) hydrauliczne i elektryczne. d) hydrauliczne i elektryczne oraz zatBaczanie bdz wydobycie pBynów zBo|owych. 2. Systemy hydrauliczne charakteryzuj si a) prostot sterowania. b) du|ym zasigiem. c) du|ymi wymiarami i mas. d) szczelno[ci instalacji. 3. Najwiksze obci|enie i przeci|enie silników wystpuje a) podczas napdzania pomp pBuczkowych. b) przy zapuszczaniu przewodu wiertniczego. c) przy wyciganiu przewodu wiertniczego. d) podczas wiercenia otworu wiertniczego. 4. Które z poni|szych zdaD jest prawdziwe? a) W napdach pneumatycznych uzyskuje si bardzo du|e siBy. b) W napdach pneumatycznych uzyskanie maBych i staBych prdko[ci nie sprawia trudno[ci. c) Prdko[ ruchu tBoków siBowników pneumatycznych osiga 40 m/s. d) Pneumatyczne urzdzenia maj maB mas przypadajc na jednostk mocy.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 58 5. Do pomiaru poziomu cieczy w zbiorniku zamknitym, w którym panuje wysoka temperatura i ci[nienie, a badane [rodowisko jest agresywne chemicznie, stosuje si poziomomierz a) pojemno[ciowy. b) izotopowy. c) rezystancyjny. d) manometryczny. 6. ChBonno[ci silnika nazywamy ilo[ oleju pobran przez silnik a) w cigu sekundy. b) w cigu minuty. c) w cigu godziny. d) na jeden obrót waBu 7. Na rysunku przedstawiono siBownik hydrauliczny a) teleskopowy. b) dwustronnego dziaBania. c) przeponowy. d) nurnikowy. 8. PBywaki pBaskie stosowane w poziomomierzach charakteryzuj si a) staBym poBo|eniem w stosunku do [cian zbiornika. b) maBymi zmianami siBy wyporu przy zmianach zanurzenia. c) du|ymi zmianami siBy wyporu przy zmianach zanurzenia. d) staBym zanurzeniem w stosunku do dna zbiornika. 9. Nurnik stosowany w poziomomierzach charakteryzuje si a) staBym poBo|eniem w stosunku do [cian zbiornika. b) du|ymi zmianami siBy wyporu przy zmianach zanurzenia. c) maBymi zmianami siBy wyporu przy zmianach zanurzenia. d) staBym zanurzeniem. 10. W rejestrze wyboru trybu pracy regulatora PID sterownika S400 jest a) zaBczane lub wyBczane ograniczenie wielko[ci wyj[ciowej. b) dokonywany jest wybór algorytmu regulacyjnego (poBo|eniowy lub ró|nicowy). c) okre[lany jest format wielko[ci wej[ciowych i wyj[ciowych regulatora. d) wszystkie odpowiedzi s prawidBowe. 11. Stosunkowo du|e siBy i moce siBowników s charakterystyczne dla urzdzeD a) hydraulicznych. b) pneumatycznych. c) elektrycznych. d) elektropneumatycznych. 12. Napd grupowy najcz[ciej stosuje si w wiertnicach z silnikami a) spalinowymi. b) elektrycznymi. c) pneumatycznymi. d) hydraulicznymi  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 59 13. Systemy pneumatyczne umo|liwiaj przesyB sygnaBu na odlegBo[ do a) 1 km. b) 300 m. c) 3 km. d) 1,5 km. 14. Indywidualny napd dla ka|dej maszyny wiertniczej oddzielnie, stosowany jest najcz[ciej w wiertnicach o napdzie a) spalinowym. b) elektrycznym. c) hydraulicznym. d) pneumatycznym. 15. Na rysunku obok jest przedstawiony a) ci|arowskaz hydrauliczny. b) przetwornik momentu obrotowego. c) przetwornik wydajno[ci pompy pBuczkowej. d) przetwornik chwilowej prdko[ci wiercenia. 16. Napdy hydrostatyczne budowane s dla ruchu a) obrotowego. b) postpowego. c) ze zmian obrotowego na ruch postpowy bdz ruchu postpowego na obrotowy. d) dla wszystkich rodzajów ruchu. 17. Zadanie sterowania realizowane przez termostat to a) optymalizacja przy zmiennych warunkach zewntrznych. b) [ledzenie i wykonanie programu. c) utrzymywanie punktu pracy zapewniajcego maksimum warto[ci temperatury. d) utrzymanie staBej warto[ci temperatury. 18. Samosmarowno[ jest cech charakterystyczn urzdzeD a) hydraulicznych. b) pneumatycznych. c) elektrycznych. d) elektropneumatycznych. 19. Najmniejsz zmian wielko[ci wej[ciowej, powodujc zauwa|aln zmian sygnaBu wyj[ciowego urzdzenia pomiarowego, nazywamy a) zakresem pomiarowym. b) progiem czuBo[ci. c) klas dokBadno[ci. d) niejednoznaczno[ci.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 60 20. SygnaBem pneumatycznym standardowym jest sygnaB o warto[ci z zakresu a) 0...50 kPa. b) 0...100 kPa. c) 10...100 kPa. d) 20..100 kPa.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 61 KARTA ODPOWIEDZI Imi i nazwisko & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .. U|ytkowanie systemów automatyki Zakre[l poprawn odpowiedz. Nr Odpowiedz Punkty zadania 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 wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 62 6. LITERATURA 1. Artymiuk J.: Urzdzenia wiertnicze i eksploatacyjne 2. BiaBaczewski A.: Wiertnictwo i górnictwo z zasadami bhp dla geologów. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1978 3. Katalog Dacpolu. PodzespoBy do automatyki. 2006 4. Kordowicz-Sot A.: Automatyka i robotyka. Elementy aparatury kontrolno-pomiarowej. WSiP, Warszawa 1999 5. Kordowicz-Sot A.: Automatyka i robotyka. Napd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne. WSiP, Warszawa 1999 6. Kordowicz-Sot A.: Automatyka i robotyka. UkBady regulacji automatycznej. WSiP, Warszawa 1999 7. Kordowicz-Sot A.: Automatyka. WSiP, Warszawa 1998 8. Kostro J.: Elementy, urzdzenia i ukBady automatyki. WSiP, Warszawa 1997 9. Marusak A.: Urzdzenia elektroniczne. Cz. III. Budowa i dziaBanie urzdzeD. WSiP, Warszawa 2000 10. Olszewski M. (red.): Podstawy mechatroniki. REA, Warszawa 2006 11. Ornatowski T., Figurski J.: Praktyczna nauka zawodu. WITE, Radom 2000 12. Plewka Cz.: Metodyka nauczania teoretycznych przedmiotów zawodowych. WITE, Radom 1999 13. PBoszajski G.: Automatyka. WSiP, Warszawa 1995 14. Schmid D. (red): Mechatronika. REA, Warszawa 2002 15. Siemieniako Fr., Gawrysiak M.: Automatyka i robotyka. WSiP, Warszawa 1996 16. Szlosek Fr.: Wstp do dydaktyki przedmiotów zawodowych. WITE, Radom 1995 17. Szydelski Z.: Napd i sterowanie hydrauliczne. Wydawnictwo Komunikacji o Aczno[ci, Warszawa 1993 18. Technika sterowników z programowaln pamici. WSiP, Warszawa 1998 19. Wojnar K.: Wiertnictwo obrotowe maBo[rednicowe. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1966 20. Wojnar K.: Wiertnictwo obrotowe normalno[rednicowe i wielko[rednicowe. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1967 21. Wojnar K.: Wiertnictwo. Technika i technologia. PWN, Warszawa  Kraków 1999 22. Zestaw foliogramów. Festo Didactic.  Projekt wspóBfinansowany ze [rodków Europejskiego Funduszu SpoBecznego 63

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Źródła i wybrane metody ograniczania zakłóceń w systemach automatyki z napędami przekształtnikowymi
Komputerowe systemy automatyki przemyslowej piksap
Komputerowe systemy automatyki przemysłowej
Uzytkowanie systemu operacyjnego UNIX
Systemy Automatycznego Wnioskowania
Certyfikacja SIL systemów automatyki procesowej
Sprawozdanie z Kont użytkowników w systemie Linux
systemy automatycznej identyfikacji
Automatyka budynkowa wybrane systemy inteligentnych instalacji elektrycznych A Klajn
Opracowanie systemu informatycznego z automatycznym zawieraniem transakcji na rynku walutowym
instalacja Wykład 2 Automatyczna instalacja systemu
Montowanie i badanie systemu telewizji użytkowej
Dynamiczny przydział pasma użytkownika sieci z wykorzystaniem usługi QoS w systemie Linux

więcej podobnych podstron