Maturski iz zinzule.docx

Maturski radJun. 2012

UVOD

POJAM SISTEMA AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA I SISTEMA AUTOMATSKE REGULACIJE

Sistem u najopstijem smislu, predstavlja izdvojenu funkcionalnu cjelinu sastavljenu od skupa objekata,njihovih utvrdjenih svojstava(parametara) i skupa medjusobnih odnosa koji povezuju te objekte I njihova svojstva.To su npr: Suncev sistem,nervni sistem,elektroenergetski sistem itd U medjusobnom odnosu sa okolinom svaki sistem ima ulazne velicine, kojima okolina djeluje na njega I izlazne velicine, koima sistem deluje na okolinu Proizvodni sistem je sistem cija je svrha proizvodnja odredjenih oblika supstance, energije ili predmeta.Tok,put ili nacin koima se mijenja supstanca, energija ili informacija naziva se proces.Proces u kome se supstanca ili energija iz nekog prvobitnog oblika pretvara u poluproizvode ili proizvode naziva se proizvodni proces.Svaki proizvodni proces cine dva osnovna dijela: proizvodni sistem, koi preradjuje supstancu i transformise energiju I sistem za vodjenje procesa, koji prati top prerade i usmjerava ga prema odredjenim zakonitostima i potrebama. Tok jednog proizvodnog procesa se vremenom moze izmeniti usled raznih poremecaja, koji se najcese javljaju u sledeca dva oblika: 1)Kao promjene parametara 2)Kao spoljasni poremecaji Da bi se proizvodni proces odvijao po unaprijed otvedjenom toku, potrebno je njime upravljati. Upravljanje je skup radnji koima se obezbedjuje top proizvodnog procesa u uslovima poremecaja Najcesce je tok jednog proizvodnog procesa odredjen vrijednoscu neke fizicke velicine (temperature, pritiska, protoka, ugaone brzine i slicno) pa zadatak upravljanja takvim procesima svodi se na automatsku regulaciju te fizicke velicine na zeljenoj vrijednosti. Tehnolosko posmatranje, njegov dio ili tehnicki uredjaj u kome treba da se odrzava normalni rezim rada predstavlja objekat upravljanja.Automatsko upravljanje predstavlja

1


upravljanje objektom bez neposrednog covjekovog djelovanja. Uredjaj automatskog upravljanja je tehnicko sredstvo ili sistem za vodjenje koji ostvaruje automatsko upravljanje. Objekat upravljanja I uredjaj automatskog upravljanja (sistem za vodjenje) predstavljaju jednu cjelinu I cine sistem automatskog upravljanja. Sistem automatskog upravljanja podvrgnut je spoljnjim I unutarnjim poremecajima. Pod spoljnim poremecajima podrazumeva se djelovanje spoljnje sredine ili udjeja koji ne cine dio sistema. Unutrasnji poremecaji predstavlaju djelovanje jednoga dijela sistema automatskog upravljanja na drugi. Najvece regulisanje procesne velicine su: temperature, pritisak, protok, nivo, koncentracija gasa I slicno. Pri potpunoj automatizaciji sve operacije, bitne za normalan tok procesa proizvodnje prenose se i obradjuju pomocu sistema za vodjenje. Kod ovakvog sistema automatskog upravljanja proizvodnji sistem i sistem za vodjenje medjusobno su spojeni u krug koji se naziva regulacioni krug.Mogucnost zatvorenog obilazenja cijelokupnog sistema osnovni je uslov vodjenja prema regulisanoj velicini. Takvo vodjenje procesa naziva se system automatske regulacije I najcesce se primenjuje. Izmedju dva sistema automatskog upravljanja I automatske regulacije nema bitne razlike u principu rada, tako da se za analizu I jednog I drugog koristi prakticno ista teorija i isti pojmovi. Sistem automatske regulacije je, u stvari, system automatskog upravljanja sa zatvorenim regulacionim krugom.Moze se reci da je sistem automatske regulacije zatvoreni system automatskog upravljanja. Zatvoreni regulacioni krug u obliku strukturne ili blok seme, sa naznacenim karakteristicnim velicinama na ulazima I izlazima pojedinacnih djelova I sa njihovim smjerovima djelovanja prikazan je na Slici 1.

Slika 1.

2


Djelovi kruga su redom: OU- Objekat upravljanja (proces) X1- Regulisana velicina MD- Mjerni davac (senzor) X2- Regulisana velicina pretvorena u standardnu mehanicku velicinu MP- Mjerni pretvarac X- Standardni signal regulisane vrednosti ZV- Uredjaj za zadatu vrednost X0- Signal zadate vrednosti K- Komparator (detector signala greske) Xv- Signal Greske R- Regulator (Element djelovanja regulatora) Y- Upravljacka velicina regulatora PU- Pogonski uredjaj Y0- Signal vodjenja IU- Izvrsni uredjaj Z1 , Z2- Poremecaji Y-Ulazna velicina Ova blok sema prikazuje sve bitne elemente sistema automatskog upravljanja. U praksi su pojedini elementi obicno spojenji u jedan sklop.Povezivanje pojedinih elemenata najcesce je prema dopunjavanju njihovih funkcija, kao i prema lokaciji (mjestu montaze). Na taj nacin se dobija uproscena blok sema koja je karakteristicna za svaki sistem

3


MJERNI PRETVARACIPretvaraci su uredjaji koji pretvaraju energiju iz jednog u drugi oblik. Mjerni pretvarac mjeri neku fizicku velicinu u obliku koji je pogodan za dalju obradu, odnosno za funkcionisanje sistema. Pri tome je pozeljno da izlazna velicina bude proporcionalna ulaznoj velicini. Cest naziv za mjerene pretvarace je: sensor, detector, davac, transmitter itd Osnovna podjela pretvaraca je s obzirom na prirodu fizicke velicinekoju mjeri I pretvara u drugi pogodni oblik. Tako imamo pretvarace mehanickih, poplotnih, optickih ili drugih velicina, kao i njihove podgrupe. Tako, na primer mjerni pretvaraci mehanickih velicina mogu se podijeliti s obzirom na prirodu ulazne velicine na: mjerne pretvarace pomjeraja, hidraulicne, pneumatske itd Moguca je podjela mjernih pretvaraca i prema principu rada na otporne, kapacitivne, induktivne, elektromagnetske, piezoelektricne, hidraulicne, pneumatske itd Podjela pretvaraca moze biti i prema izlaznoj velicini pretvaraca. Na taj nacin se formiraju dvije osnovne grupe: elektricni pretvaraci i mehanicki pretvaraci. Elektricni mjerni pretvaraci zasnivaju svoj rad na elektricnim efektima. Na ulazu u elektricni mjerni pretvarac moze da bude koriscena energija u bilo kom obliku, dok se na izlazu iz mjernog pretvaraca pojavljuje elektricna velicina koja odgovara ulaznoj velicini. Ta elektricna velicina se naziva mjerni signal i u osnovi je kontinualno promjenljiva velicina po obliku analogna promjeni mjerne velicine. Podrucje mjernih signala utverdjeno je nacionalnim standardima koji se moraju podudarati sa podrucjima usvojenim po internacionalnim propisima. Usvojeni su jedinstveni standardi mjernih normiranih elektricnih signala: -Strujni mjerni signal 0-20mA , kod otpornosti opterecenja od 600 -Strujni mjerni signal 4-20mA, kod otpornosti opterecenja od 1200 Osnovni kriterijum za ocjenu kvaliteta I primjenu mjernih pretvaraca su mjerno podrucje odnosno mjerni opseg koji moraju pokrivati opseg promjene-mjerne velicine, linearnost, jednoznacnost I stabilnost staticke karakteristike, visoka osjetlivost, zanemarljiv povratni uticaj na kontrolisani proces I kontrolisani parameter, odnosno na uredjaj sa kojim je u neposrednoj vezi. Mjerno podrucje obuhvata vrijednost mjerne velicine u kome se odredjeni pretvarac moze upotrebljivati. Izrazava se u jedinicama mehanicke velicine koju pretvara u elektricnu, od najmanje do najvece vrijednosti mijerne mehanicke velicine (npp. -20 do +120

4


Mjerni opseg predstavlja razliku vrijednosti mjernih velicina na gornjoj I donjoj granici mjernog podrucja (za gornje podrucje 140 Staticka karakteristika definisana je zavisnoscu izlazne velicine u odnosu od promjene ulazne velicine x to jest: y=f(x) Linearnost pretvaraca izrazava stepen odstupanja ulazno-izlazne karakteristike od linearne zavisnosti. Daje se u procentima, obicno za najpovoljniji slucaj, to jest za pun otklon skale. Osjetlivost pretvaraca odredjuje se strminom statisticke karakteristike: S= /

Pretvarac je utoliko osjetliviji u koliko su promjene izlazne velicine vece za odgovarajuce, relativno male promjene ulazne velicine, dakle ukoliko je veca strmina statickih karakteristika.

5


PRETVARACI PROTOKAProtokom se naziva kolicina neke cvrste, tecne ili gasovite materije, koja u jedinici vremena protece kroz odredjeni presjek.Protok moze biti: -Zapreminski: Q=V/t , a izrazava u m3/h -Tezinski: G=y*Q , koji se izrazava u kp/h -Maseni: M=p*Q koji se izrazava u kg/h Ovdje je y specificna tezina (kp/cm3), a p je gustina fluida (kg/cm3). Mjerenje protoka fluida primjenjuje se pored mehanicko-hidraulicnih postupaka I mehanicko-elektricni, toplotnoelektricni postupci. Posmatramo li jedan vremenski interval od t1 do t2 moze se govoriti o ukupnom protoku u toku tog interval koji bi predstavljao kolicinu posmatranog fluida, koju nozemo mjeriti stalnim integrisanjem protoka fluida.

Mjerenje protoka prema postupku djelujucih(aktivnih) pritisakaZa kontinualno mjerenje protoka gasova, para kao I tecnih materijala, primjenjuju se sa posebnom prednoscu. Postupci djelujucih (stvarnih, aktivnih) pritisaka.Po ovom postupku mogu se mjeriti I najveci protoci, prakticno kod svih nastalih temperature I statickih pritisaka. Posebna prednost je da se u mjernoj struji fluida ne nalaze nikakvi pokretni djelovi. Osnovni teorijski principi sadrzani su u jednacini kontinuiteta I u Benulijevoj jednacini, a prvo tehnicko rjesenje bilja je Venturijeva cijev. Princip mjerenja ovom metodom zasnovan je na promjeni potencionalne energije radnog fluida koji prolazi kroz suzeni presjek cjevovoda (mjernu prigusnicu). Pri stalnom protoku brzina struje radnog fluida kroz cijev je nepromijenjena, a kad prolazi kroz mjernu prigusnicu, ona raste, Povecanje brzine struje izaziva porast njene kineticke energije i smanjenje potencijalne energije. To ima za posledicu smanjenje pritisaka p2 na najuzem dijelu fluida (Slika 2). Ma slici 2 dat je I dijagram promjene duz cijevi. Prekinuta linija predstavlja pritisak duz ivice cijevi, dok puna linija predstavlja pritisak duz ose cijevi. Brzina proticanja radnog fluida odredjuje pad pritiska (p1 p2) na mjernoj prigusnici, odnosno velicinu protoka tecnosti kroz cijevovod. Na taj nacin se protok moze odrediti prema padu pritisaka. Pri prolasku radnog fluida kroz mjernu prigusnicu, zbog vrtloznih struja, dolazi do bespovratnog pada pritiska p.

6


Slika 2 Princip mjerenja protoka prema padu pritiska na mjernoj prigusnici Pad pritiska se najlakse mjeri registrovanjem pritisaka neposredno prije I poslije mjerne prigusnice (p1 I p2), a ne na mjestu najveceg suzenja.Protok mase (Qm) ii zapremine (Qv) radnog fluida gustine u odredjenim uslovima mjerenja povezan je sa padom pritisaka p=p1-p2 jednacinom: = =s gdje je s konsta koja zavisi od konstrukcije prigusnice.Ako postoji protok nekog fluida onda je taj protok jednak na svakom mjestu (presjeku) tog cjevovoda, bez obzira na primjer. Ukoliko se na nekom mjestu cjevovoda, nalazi suzenje, onda se na tom mjestu brzina strujanja mora povecati jer kroz manji presjek morda proteci ista kolicina fluida u jedinici vremena, kao na mjestu veceg presjeka. Nadalje, u skladu sa zakonom o odrzanju energije (Bernulijeva jednacina), sadrzaj energije koji cini zbir kineticke energije (brzina) I energije statickog pritiska, na svakom mjestu cijevovoda mora biti konstantan. Posledica je sledeca: ako se na mjestu suzenja, brzina poveca, mora se I u istom iznosu smanjiti energija statickog pritiska, I taj pad statickog pritiska zovemo djelujuci pritisak. Ovaj pritisak je zavisan od oblika kao I od odnosa otvora prigusnih uredjaja, a on se moze pravilnim dimenzionisanjem mjernog uredjaja svesti na jedan minimum.Ovaj pad pritiska na prigusnim uredjajima u zavisnosti od njihovih otvora prikazan je na dijagramu na Slici 3, za razne vrste prigusnih uredjaja:

7


123cijev 4cijev

Normalna blenda Mlaznica Kratka Venturijeva Duga Venturijeva

Slika 3Matematickim izvodjenjem iz vec dva pomenuta teorijska zakona, dobija se izraz koji daje zavisnost protoka o dove razlike pritisaka, ostvarenoj na suzenju cijevovoda: Q=s* Gdje je Q protok, razlika pritisaka i s factor koji zavisi od geometrijskog oblika prigusnice i karakteristike fluida.

U praksi se za mjerenje protoka zemnog gasa, propan-butana i vazduha, kao ulazne mjerne velicine za elektro-mehanicki pretvarac, koriste se djelujuci pritisci, ostvareni na prigusnim uredjajima. Zbog podesne ugradnje prednost nad ostalim prigusnim uredjajima, data je na normalnoj blendi koja je prikazana na Slici 4.

Slika 4

8


Ukoliko je fluid abrazivan onda se umesto blende koristi dizna. Kod Venturijeve cijevi I dizne, pad pritiska je manji, ali su zbog duzine nepodesne za ugradnju.Sa prikljucaka prigusnih uredjaja, na kojima dolazi do razlike pritisaka vode se impulsni vodovi do elektromehanickog pretvaraca. Ovi vodovi obicno se izvode od bakarnih cijevi odgovarajuceg presjeka. Pri mjerenju protoka sa ovakvim elementima, moraju biti ispunjeni slijedeci uslovi -Strujni material mora da ispunjava sve poprecne presjeke cijevi u blizini mjernog uredjaja -Strujanje mora biti stacionarno , to jest protok se smije mijenjati samo lagano -Gustina mjernog materijala I njegov sastav, pritisak, temperature i vlaga moraju biti prilikom proracuna poznati. -U osnovi treba koristiti material za izradu prigusnice isti kao I onaj od koga je napravljen cijevovod za protok fluida. Osnove proracuna ovakvog davaca su detaljno utvrdjene u DIN 1952 tako da za sve korisnike postoji jedna opste vazeca osnova.

9


PRETVARACI PROTOKA SA MEMBRANSKIM TIJELOM Jedan od kvalitetnijih pretvaraca protoka koji koriste razliku pritisaka u prigusnim uredjajima je membranski pretvarac, koji se uspjesno koristi u praksi kao univerzalni pretvarac za mjerenje protoka zemnog gasam propan-butana i vazduha. Proizvodnja je Harman Braun I stoje na raspolaganju dva mjerna opsega: 0-20mbar i 0-2bar. Nacin djelovanja ovih pretvaraca prikazan je na Slici 5a , a njegova konstrukciona izvedba na Slici 5b

Slika 5a

Slika 5b

10


Mjerni vodovi se sa prigusnice prikljucuju tako da gornja komora dobija veci pritisak (+ komora Pritisnuta razlika pritisaka djeluje na stvarnu povrsinu membrane.Hod centralne poluge je proporcionalan pritisku p, a obrnuto proporcionalan konstantama opruga Cm i membranskog dijela Cf opruznog kompleta.Stvarna konstanta opruge je Cs=Cm+Cf. Tako postoje sledece variante za promjenu mjernog intervala. -promjenom konstante opruge -promjenom aktivne povrsine membranskog tijela Hod centralne poluge je proporcionalan sa razlikom pritisaka S=kx p i on se mjeri pomocu prihvatnog induktivnog sistema (transformatorskog pretvaraca). Izlazni napon ovog sistema je proporcionalan polozaju feritnog jezgra diferencijalnog transoformatora i u direktnoj je zavisnosti od razlike (pada) pritiska na prigusnici, odnosno protoka fluida. Membranski mjerac se sastoi od dvije komore sa + i - pritiskom koji su medjusobno odvojene membranskim tijelom. Za mjerace do 250mbar koriste se membranska tijela sa precnikom 94mm(41), a za mjerne interval od 250mbar sa precnikom od 54mm(42).Hod membranskog tijela prenosi se na centralnu polugu (45), koja nosi feritno jezgro (32) diferencijalnog transformatora. Centralna poluga je preko kompleta opruga (15), koje su usaglasene sa mjernim intervalom, obuhvacena i ima definisan pravac hoda. Put feritnog jezgra je svih interval 3,5mm +- 10%, a od vertikalnih sila sistem je zasticen stabilizirajucim oprugama. Mjerni elementi mjeraca su pricvrsceni za kuciste sa prirubnicom (5). Ploca (12) nosi steznu glavcinu (54) za pricvrscivanje diferencijalnog transformatora. Sa dihtovanim zavrtnjima, diferencijalni transformator zatvara + komoru prema atmosferi Osiguranje od natpritiska se sastoji od sestougaone poluge (51), granicne matice (47), I granicnog segmenta (52). Komora sa negativnim pritiskom zatvara se prema atmosferi sa poklopcem (58). Otvori sa zavrtnjima (57 i 58), sluza za ispustanje kondenzata iz komora. Mjerac se preko poloce (12) vezuje za mjerni elektronicki pretvarac, a otvori za vezivanje mjernih vodova (55 i 56) se zatvaraju ako pretvarac nije u redu. Isti ovaj mjerac moze da se koristi i za mjerenje apsolutnog pritiska, a tim da se - komora vakumira. Prikljucak pritiska se dovodi na grani (55), a prikljucci (56 i 58) nijesu potrebni. U mjerni sklop za daljinsko mjerenje protoka (Slika 6) ulaze: mjerna prigusnica,diferencijalni monometarski pretvarac, koji meri pad pritiska I stvara elektricni signal I sekundarni instrument koi je graduisan u jedinicama protoka.

11


Slika 6 Mjerni slog za mjerenje protokaU praksi se ovakvi mjeraci vezuju na elektronski CMR pretvarac koi zavisno od mjernog intervala ima neznatne razlike u odnosu na pretvarace za druge mjerne velicine ali je u principu isti za mjerenje protoka i pritiska, a njegova principska sema je prikazana na Slici 7

Slika 7

12


Kompletan system se sastoi od davaca (1), pretvaraca sa pomocnim induktivnim sistemom (2 i 3), prelazne to jest podesljive elektronike (4) i pojacivaca sa obsluznim uredjajem (5). Nastali pritisak pokrece mjerni uredjaj pri cemu u prihvatnom sistemu nastaje promjena napona, koja je proporcionalna mjernoj velicini. Ovaj signal sa sistemom ispravljaca I pojacivaca pretvara u jednosmernu struju.Pomocna energija I izlazni signal su galvansi odvojeni. Mjerni kraj je podesljiv preko jednog desetostepenog potenciometra, na slican nacin kao i mjerni pritisak a nulta tacka se kontrolise preko nultnog indikatora. Za provjeru izlaznog signala ugradjeno je ispitno mjesto, za prikljucivanje instrumenata,a u nekim izvedbama instrument je vec ugradjen u pretvarac. Principska blok sema jednog ovakvog sistema primjenjenog u praksi za mjerenje protoka plinova ili vazduha prikazana je na Slici 8

13


AUTOMATSKA REGULACIJA PROTOKA TECNOSTI REZERVOARA IZ KOGA ISTICE TECNOSTKod sistema ciji je rezervoar ispunjen tecnoscu do odredjene visine, a tecnost iz njega istice pod uticajem zemljine teze, potrebno je mjeriti stvarni protok tecnosti kao i promjenu visinu nivoa, koja kao spoljni poremecaj utice na protok (Slika 9).Automatska regulacija protoka ostvarena je negativnom povratnom spregom, i to tako sto se signal stvarne vrednosti protoka sa mernog pretvaraca dovodi na komparator i uporedjuje sa zadatom vrednoscu protoka. Zadata vrijednost protoka u obliku naponskog signala Uz podesava se potenciometrom P1.Signal greske se pojacava I vodi na servervomotor koi otvara ili zatvara regulatorni ventil.

Slika 9Medjutim, posto je protok zavisan I od promene visine potrebno je, radi povecanja efikasnosti regulacije, i i=signal o visini tecnosti Uh dovesti na komparator i oduzeti od signala zadate vrijednosti, pa tek ga onda pojacavati i voditi na servo motor. Matematicka zavisnost protoka od povrsine otvora u servo ventilu i visine nivoa u rezervoaru odredjena je relacijom: Q(S, h)=S

14


Prirastaj protoka q, koji nastaje promjenom povrsine S i promjenom visine h, moze se izraziti kao: q=( +S Ako je S

Documents

Maturski iz zinzule.docx