Osnove krmilne tehnike

Osnove krmilne tehnike

Predmet: TM 2014-10-21, Franc Dimc

Lit.: Strmčnik, Amon, Jakimčuk

1

Osnove tehniških meritev

• Proces merjenja (narediti merljivo)

• Vplivne veličine (okolica)

• Preoblikovanje merjenih veličin (v elektriške, tudi digitalizacija)

• Ponavljanje meritev (povečanje zaupanja v rezultate)

• Vrednotenje rezultatov [1], str. 23

– srednja vrednost, varianca in standardni odmik • Napake merjenja [1], str. 26 (sistematske napake,

naključne napake VEDNO, pomote LAHKO IZLOČIMO, merilna negotovost)

• Točnost in natančnost

2

Seminarji - stanjeIP 21.ok

t11.no

v14.dec 23.de

c

9090121

IZBIRA OPRAVLJEN

A

9120300

IZBIRA OPRAVLJEN

A

9120380

IZBIRA OPRAVLJEN

A

9120293

IZBIRA OPRAVLJEN

A

9110214

IZBIRA OPRAVLJEN

A

9120296

IZBIRA OPRAVLJEN

A

9120381

IZBIRA OPRAVLJEN

A

9120111

IZBIRA OPRAVLJEN

A

9120301

IZBIRA OPRAVLJEN

A

3

21. oktober 2014

?

4

Sheme sistemov na ladji

• Sheme: procesna, vezalna shema, bločna

5

6

Procesna shema

Lin

Edw

ard

s: S

plit

-cycl

e e

ng

ine n

ow

more

effi

cient

than

tradit

ional co

mbust

ion e

ngin

e,

2011

7

Procesna shema

Sistem morske vode M.

Perk

ovič

, 2001

8

Vezalna shema

Krmiljenje sušenja VN indukcijskega motorja s PLK A

N E

XP

ER

IME

NTA

L M

ET

HO

D O

F C

ON

TR

OL

OF

TH

E P

RO

CE

SS

OF

DR

YIN

G O

F S

HIP

HIG

H-

VO

LTA

GE

IN

DU

CT

ION

MO

TO

RS

BY

PR

OG

RA

MM

AB

LE

LO

GIC

CO

NT

RO

LL

ER

9

Procesna shema

Oskrba ladijskega stroja z gorivom

Fue

l Oil

Sys

tem

10

Procesna shema

Aparat za analizo vzorcev tal na Marsu

Em

ily L

akd

aw

alla

,

More

than y

ou p

rob

ab

ly w

ante

d t

o k

now

ab

out

Curi

osi

ty's

SA

M inst

rum

ent 

Avtomatizacija• Avtomatizacija je prenos človekovih misli v proces upravljanja. Beseda

avtomatizacija izhaja iz grške besede αύτόματος ki označuje kar se dogaja samo od sebe, samodejno.

• Osnovni namen avtomatizacije je regulacija. Naloga avtomatske regulacije je, da s pomočjo ustreznih strojev in navodil čimbolj izničuje razliko (napako) med trenutnim in želenim stanjem nekega procesa. Upoštevati je treba vplive notranjih in zunanjih motenj.

• V avtomatiki uporabljamo sisteme nadzora in informacijske tehnologije, ki omogočajo zmanjšanje potreb po človeškem delu v proizvodnji blaga in storitev. V sklopu industrializacije je avtomatika korak naprej od mehanizacije. Mehanizacija ljudi nadomešča s stroji in nam pomaga pri zahtevnem fizičnem delu, medtem ko nas avtomatika zamenjuje tudi z umskega vidika, saj regulira in nadzira namesto nas.

• za samodejne procese potrebujemo kvalificirane strokovnjake, ki bodo znali upravljati z avtomatiziranimi stroji.

• Krmiljenje (upravljanje) je proces, v katerem ena ali več vhodnih veličin v omejenem sistemu, vpliva na izhodno veličino v skladu z načeli, ki so vgrajeni v ta sistem. Zato podatki potujejo vzdolž odprte zanke. Izraz kontrola oz. krmiljenje se ponavadi uporablja, če v procesu ni prisoten človek, s čimer izraz avtomatska ali samodejna regulacija skrajšamo v samoregulacija.

• Pri regulaciji se izhodna veličina v zaprtem sistemu odzove na spremembo vhodne (želene) veličine, s čimer se ohranjajo oz. vzdržujejo želene vrednosti veličin v procesu. Te informacije se posredujejo v regulacijski zanki. Regulacija je lahko ročna, polavtomatska ali avtomatska - odvisno od potreb po prisotnosti človeka v regulacijski zanki. 11

Nadzorna plošča jedrske elektrarne

Smisel tehniških regulacij

Prim

: S. S

trm

čnik

: Cel

ostn

i pris

top

k ra

čuna

lniš

kem

u kr

milj

enju

pro

ceso

v

12

Sistem regulacije

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov13

merjena veličina v električno

- Največja dopustna hitrost spreminjanja signala je določena z: ločljivostjo ADC (št. bitov) in hitrostjo A/D pretvorbe, pri danem Uref.

- Primer: (Uobm= 5V)

Digitalizacija signala

amp

S&H

PCS ADC

0

1

1

0

1

T U U U

bit t ADC [s] dop. hitrost [V/s]

najv. frekv. u [Hz]

10 20 250 10

16 0,1 763 24

LPFu

U

prim

. S

. Am

on:

Osn

ove

senz

orik

e

14

Prenos signala

Izhodni signali senzorjev so majhni [mV, A, C], vzdolž dolgih vodnikov (ladja..) se inducirajo napetosti

šum- zato VCC (voltage-current conv.) 20-100 mV -> 4-20 mA - VCC: če I pade na 0 mA – znamenje napake, s 4 mA lahko napajamo oddaljene

senzorje

- nato pred obdelavo CVC (current-voltage conv.)

Signale senzorjev ojačujemo z operacijskimi ali instrumentacijskimi ojačevalniki

prim

. S

. Am

on:

Osn

ove

senz

orik

e

15

Priključitev na merilnik

Prim

: S. S

trm

čnik

: Cel

ostn

i pris

top

k ra

čuna

lniš

kem

u kr

milj

enju

pro

ceso

v

16

Izvršni členi

Za uravnavanje potreb procesa izberemo primeren izvršni člen:

• za uravnavanje pretoka tekočine – uporabimo ventil

• za uravnavanje pretoka plina – uporabimo loputo

• za uravnavanje električnega toka – uporabimo reostat

• za uravnavanje električne napetosti – uporabimo nastavljivi transformator

• za uravnavanje električne moči – uporabimo tiristor

17

Izvršni sistem

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov18

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov

Primeri izvršnih sistemov

19

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov

Primeri izvršnih sistemov

20

Prenos signala

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov21

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov

Digitalne povezave (EU/ZDA)

22

Servisno stikalo

Prim

: S. S

trm

čnik

: Cel

ostn

i pris

top

k ra

čuna

lniš

kem

u kr

milj

enju

pro

ceso

v

23

Komunikacijski vmesnik• digitalni

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov24

RegulatorjiDelitev glede na izvedbo in način delovanja• mehanski (hidravlični):

– za posebne namene, za velika bremena, krmilo smeri ladje– če je zahtevana majhna natančnost

• pnevmatski: v procesih, v katerih lahko pride do eksplozije ali korozije– sistemi za krmiljenje sklopke, smeri vrtenja gredi

• analogni elektronski: – kjer (še) ni potrebna hitra in natančna nastavitev (PID)

parametrov – z mehanskimi stikali za upravljanje

• mikroračunalniški: – široko uporabni – uporabnik se lahko posveti procesu manj

navajanju na regulator, – nižja cena, – čelna plošča s tipkovnico in prikazovalniki, fiksna aparaturna

oprema, – prikazovalniki prikazujejo regulirano, želeno in regulirno

veličino, – s tipkami dosegamo ročni način vodenja, možnost izbire: ročno

- avtomatsko

www.boschrexroth-us.com

ww

w.b

osch

rexr

oth-

us.c

om25

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov

računalniški regulatorji

26

• Galvanska ločitev: če so vhodi galvansko ločeni lahko nanje priključimo merilne pretvornike, ki so na različnih električnih potencialih (med njimi ne nastanejo el. toki)

• Razločljivost analognih vhodnih in izhodnih signalov pomeni, da bomo s takšnim najmanjšim deležem merilnega območja (kvantom) lahko zajeli ali oddali nek signal. – Primer:

• 16 bitni A/D pretvornik, največja napaka merjenje napetosti na intervalu (1,0 V .. 12,0 V) zaradi kvantizacije znaša:

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov

mVVVVVE

e

17,000017,0)112(000015,0)(

%0015,02

%100(%)

16

Lastnosti regulatorjev

27

• Je krmilna naprava, ki vsebuje mikroprocesor in je naslednik relejne logike.

• Za izvedbo sekvenčnega vodenja in preprostejših regulacijskih nalog.

• Dejansko mikroračunalnik, prilagojen ‘neračunalniškim’ strokovnjakom

• Primera krmilnikov– Cybro (Integriran modularni atomatizacijski sistem odprtega tipa )

– LOGO! (the intelligent logic module for small-scale automation projects )

Programirljivi Logični Krmilnik

28

PLK

• Množična uporaba je PLKje pocenila• So zanesljivi• Enostavni za uporabo• Za:

– Logične operacije– Krmiljenje– Zbiranje podatkov za nadzor– Vmesnik za izvajanje ukazov na daljavo

29

Deli PLK

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov30

Deli PLK

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov31

PLK – digitalni I/O

• Priključitev dig. signalov• Priključitev relejev

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov32

PLK – analogni I/O

• Priključitev analognih vhodov• Priključitev analognih izhodov

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov33

Čelna plošča

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov34

r regulacija temperature

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov35

Delo v realnem času

Prim

: S. S

trm

čnik

: Cel

ostn

i pris

top

k ra

čuna

lniš

kem

u kr

milj

enju

pro

ceso

v

36

Procesne enote

Prim: S. Strmčnik: Celostni pristop k računalniškemu krmiljenju procesov37

Osnova mikroračunalnika

Prim

: S. S

trm

čnik

: Cel

ostn

i pris

top

k ra

čuna

lniš

kem

u kr

milj

enju

pro

ceso

v

38

Komunikacija s človekom• Sinoptične plošče• Komandni pulti

39

Moderna komunikacija s človekom

• Video zasloni• Funkcijske

tipkovnice• Samodejno

razpoznavanje glasu, čustev

• Generatorji glasu

40

Združeni sistem vodenja

• Enoračunalniški/večračunalniški sistem

Prim

: S. S

trm

čnik

: Cel

ostn

i pris

top

k ra

čuna

lniš

kem

u kr

milj

enju

pro

ceso

v

4141

Združeni sistem vodenja

Prim

: S. S

trm

čnik

: Cel

ostn

i pris

top

k ra

čuna

lniš

kem

u kr

milj

enju

pro

ceso

v

• Enoračunalniški sistem

42

Porazdeljeni sistem vodenja

43

Ladijsko omrežje NMEA-2000

Ključno za

varnost l

adje

44

(Peltierov pojav)• Kaj je hlajenje?

telo vsrkava toploto

izvor toplote se ohlaja

električna izolacija

nosilci naboja tečejo proti ISTEMU telesu, ki vsrkava toploto

tip p polprevodnikatip n polprevodnika

UDC

[2] Valič, str. 17

45

spletišče

• Sušenje VN motorja s PLK• Delovanje ladijskega stroja

46