59
AUTOMATSKO UPRAVLJANJE

TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

AUTOMATSKO UPRAVLJANJE

Page 2: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1. UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU)

• Automatski uređaji su se koristili od davnina. Njih su konstruisali još stari Grci.

• U razvoju automatskih uređaja poseban značaj ima pronalazak automata s povratnom spregom.

• Povratna sprega postoji u prirodi. Teško je reći kada je čovek nju prvi put svesno, svrsishodno konstruisao.

Page 3: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU)

Evo nekih bitnih imena i godina u razvoju automatske regulacije:

• Drebelov (Drebbel) inkubator, (1624.) • Higensov (Huygens) regulator sata sa klatnom, (1675.) • Vatov (Watt) centrifugalni regulator, (1728.) • Maksvelova (Maxwell) stabilizacija rada parne mašine,

(1868.) • Hurvicova (Hurwitz) algebarska metoda za ocenu stabilnosti

sistema, (1895.) • Rausova (Routh), algebarska metoda za ocenu stabilnosti

sistema, (1877.)

Page 4: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU)

• Ljapunova (Ljapúnov) ocena stabilnosti nelinearnih sistema, (1892.)

• Blekov (Black) elektronski pojačavač s povratnom spregom, (1927.)

• Bušov (Bush) diferencijalni analizator, (1932.) • Nikvistov (Nyquist), kriterijum stabilnosti

pojačavača sa povratnom spregom, (1932.) • Mihajlovljev (Mihailov) frekventni prilaz analizi

stabilnosti SAR, (1938.)

Page 5: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU)

• Vinerova (Wiener) teorija optimalne filtracije, (1942.)

• Bodeova (Bode) logaritamska amplitudno-frekventna karakteristika, (1946.)

• Teodorčikova (K.F. Teodorcik) metoda geometrijskog mesta korena analize SAR-a, (1948.)

• Ivensova (Evans) metoda geometrijskog mesta korena analize SAR-a, (1950.)

Page 6: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU)

• Vinerova (Wiener) teorija optimalne filtracije, (1942.)

• Bodeova (Bode) logaritamska amplitudno-frekventna karakteristika, (1946.)

• Teodorčikova (K.F. Teodorcik) metoda geometrijskog mesta korena analize SAR-a, (1948.)

• Ivensova (Evans) metoda geometrijskog mesta korena analize SAR-a, (1950.)

Page 7: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU)

• Razvoj SAU je usko povezan s razvojem računarske tehnike, koja je i ponikla u okviru automatike.

• Sve do 80-tih godina XX veka, značajnu ulogu u razvoju automatike odigrali su analogni računari, zasnovani na elektronskim operacionim pojačavačima i integratorima kao osnovnim elementima.

Page 8: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU)

• Digitalni računari na početku svog razvoja, 50-tih godina XX veka, su bili suviše glomazni i skupi, ali su igrali značajnu ulogu u razvoju nauke uopšte, a posebno automatike. Međutim, pojava i nagli razvoj mikroprocesora odigrali su neslućenu ulogu u razvoju svih proizvodnih snaga, a naročito automatike .

Page 9: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.2 Osnovni pojmovi teorije sistema i automatskog upravljanja

Sistem • Pojam “SISTEM” je izveden iz grčke reči “to systema”

što označava “celinu sastavljenu iz delova”. • Upotrebljava se u mnogim oblastima, na primer s

atributima: društveno-politički, pravni, ekonomski, biološki, ekološki, obrazovni, tehnički, tehnološki itd.

• Za nas je ovde od prvenstvene važnosti definicija sistema u tehničkom smislu. U literaturi postoji više definicija sistema.

Page 10: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.2 Osnovni pojmovi teorije sistema i automatskog upravljanja

• Organizovani fizički sistem predstavlja skup podsistema (elemenata, uređaja, organa, delova) međusobno povezanih u funkcionalnu celinu s ciljem da se ostvari određeni zadatak (kretanje, rad, proces) a na osnovu razmene materije i/ili energije i/ili informacija između podsistema u okviru sistema i između sistema i okoline .

Page 11: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.2 Osnovni pojmovi teorije sistema i automatskog upravljanja

• Po svojoj prirodi sistem može da bude biološki (čovek, plantaža, ribnjak), ekonomski (banka, privredna organizacija, trgovinsko preduzeće), društveni (porodica, sportsko društvo), tehnički (rudarska, poljoprivredna, alatna mašina, avion, raketa, automobil, turbina) ili kombinovani .

• Granice sistema su relativne, ali pri proučavanju nekog sistema one moraju da budu precizno definisane.

• Okolina deluje na sistem (na granice sistema), a sistem reaguje na dejstvo okoline.

• Proizvodni sistem je sistem čiji je osnovni zadatak proizvodnja određenih oblika supstance, energije ili predmeta. U međusobnom odnosu sa okolinom sistem ima ulazne i izlazne veličine.

Page 12: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

Proces

Proces predstavlja tok, put i način promene supstance, energije ili informacija, dok proizvodni proces predstavlja proces u kome se materija i energija pretvara iz jednog oblika u poluproizvode ili proizvode drugog oblika.

Svaki proizvodni proces sastoji se iz dva dela: • proizvodnog sistema i • sistema za vođenje procesa, kojim se prati tok prerade

i vrši usmeravanje procesa prema određenim zakonitostima i potrebama.

Automatski proces predstalja proces u kojem neka

mašina, uređaj ili proizvodni proces u potpunosti ne zahteva nikakvo učešće čoveka.

Page 13: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.3 Sistem automatskog upravljanja (SAU), sistem automatske regulacije (SAR)

• Pojam regulacija (lat. regulatio) označava

podešavanje, usklađivanje sa: propisima, zakonima, zadatim vrednostima.

• Pojam automatika (grčki: automatikos=koji se kreće sam od sebe) označava naučno-tehničku disciplinu koja proučava sisteme za regulisanje i upravljanje tehnološkim procesima

Page 14: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.3 Sistem automatskog upravljanja (SAU), sistem automatske regulacije (SAR)

• Sistem automatske regulacije (SAR) je tehničko-tehnološki sistem, čiji je zadatak održavanje (stabilizacija) ili podešavanje (regulacija) izabranih veličina tehnološkog procesa bez učešća čoveka.

• Princip rada sistema automatskog upravljanja (SAU) i sistema automatske regulacije (SAR) se bitno ne razlikuju, pa se koristi ista teorija i isti osnovni pojmovi za analizu i jednog i drugog.

Page 15: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.3 Sistem automatskog upravljanja (SAU), sistem automatske regulacije (SAR)

• Treba, takođe, podvući razliku između SAU i SAR. Prvi pojam je širi.

• SAU u mnogim slučajevima sadrži (ali ne mora) jedan ili više SAR, pored sistema automatske kontrole (nadgledanja) procesa.

• SAR imaju jednu bitnu osobinu na osnovu koje funkcionišu: u njima je založen princip povratne sprege (feedback).

• Iako sistemi automatskog upravljanja mogu biti i bez povratne sprege, u literaturi i praksi se, obično, pod pojmom automatsko upravljanje podrazumeva sistem s povratnom spregom.

Page 16: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.3 Sistem automatskog upravljanja (SAU), sistem automatske regulacije (SAR)

• Pojam automatika je širi od pojma automatsko upravljanje. • Mnogi tehnološki procesi se uspešno upravljaju bez

primene principa povratne sprege. • Upravljački sistemi koji se tamo primenjuju su, najčešće,

programabilni sekvencijalni automati koji po unapred zadatom redosledu, uz odgovarajuće provere logičkog tipa, sukcesivno (sekvencijalno) obavljaju komande.

• Ovakav oblik automatizacije tehnoloških procesa je veoma rasprostranjen, naročito s ekspanzijom mikroprocesora i mikroračunara, i uspešno se primenjuje u procesima gde spoljašnji uticaji na proces ne postoje ili nisu značajni

Page 17: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.4 Osnovni koncepti automatskog upravljanja

• Sistem koji se sastoji iz objekta (O) i upravljačkog sistema (US) za taj objekt, koje povezuje upravljanje je sistem upravljanja.

• Objekat upravljanja predstavlja tehnološko postrojenje, njegov deo ili tehnički uređaj u kome treba da se održava nominalni režim rada.

• Objekat upravljanja zajedno sa uređajem za automatsko upravljanje čine jednu celinu, tj. sistem automatskog upravljanja (SAU)

Page 18: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.4 Osnovni koncepti automatskog upravljanja

Prema načinu organizovanja upravljanja, odnosno prema načinu međusobnog delovanja elemenata, sistemi automatskog upravljanja se dele na:

• Otvorene sisteme automatskog upravljanja (OSAU), • Zatvorene sisteme automatskog upravljanja (ZSAU),

koji se još nazivaju sistemi automatskog regulisanja (SAR),

• Kombinovane sisteme automatskog upravljanja (KSAU).

Page 19: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.4 Osnovni koncepti automatskog upravljanja

U okviru otvorenih sistema automatskog upravljanja mogu da se izdvoje dve podgrupe u zavisnosti da li se kompenzuju ili ne dejstva poremećajnih veličina. Ta dva koncepta su:

• Otvoreni sistemi automatskog upravljanja bez

kompenzacije dejstva poremećaja • Otvoreni sistemi automatskog upravljanja sa

direktnom kompenzacijom dejstva poremećaja

Page 20: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.4 Osnovni koncepti automatskog upravljanja

Otvoreni sistemi automatskog upravljanja bez kompenzacije dejstva poremećaja

Page 21: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.4 Osnovni koncepti automatskog upravljanja

Otvoreni sistemi automatskog upravljanja sa direktnom kompenzacijom dejstva poremećaja

Page 22: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.4 Osnovni koncepti automatskog upravljanja

• Ako za formiranje pravilnog upravljanja objektom koristi samo informaciju o razlici između njegovog željenog ponašanja i njegovog stvarnog ponašanja , onda je sistem automatskog upravljanja tog objekta zatvoreni sistem automatskog upravljanja, tj. sistem automatskog regulisanja.

• U zatvorenom sistemu automatskog upravljanja se ostvaruje indirektna ili posredna kompenzacija dejstva poremećaja. Ona se postiže stvaranjem upravljanja na osnovu greške , koja predstavlja posledicu dejstva poremećaja Z, ili promene željene vrednosti .

Page 23: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.4 Osnovni koncepti automatskog upravljanja

Zatvorene sisteme automatskog upravljanja

Page 24: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.4 Osnovni koncepti automatskog upravljanja

• Ako za formiranje pravilnog upravljanja objekta upravljački sistem koristi informacije i o željenom ponašanju objekta i o njegovom stvarnom ponašanju i o merenim poremećajima , onda je sistem automatskog upravljanja tog objekta kombinovani sistem automatskog upravljanja,

Page 25: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.4 Osnovni koncepti automatskog upravljanja

Kombinovani sistem automatskog upravljanja

Kombinovani sistemi automatskog upravljanja ostvaruju istovremeno i direktnu (merenih poremećaja ) i indirektnu (nemerenih poremećaja ) kompenzaciju dejstva poremećaja

Page 26: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.5 Klasifikacija SAU • SAU se mogu klasifikovati po različitim kriterijumima:

principu delovanja, karakteru signala, matematičkom modelu, vrsti energije, itd.

• Prema obliku matematičkog modela možemo ih podeliti, najpre, na linearne i nelinearne.

• Prvi se opisiju linearnim, a drugi - nelinearnim diferencijalnim i/ili algebarskim jednačinama;

• na sisteme sa skoncentrisanim ili s raspodeljenim parametrima (prvi se opisuju običnim, a drugi - parcijalnim diferencijalnim jednačinama);

• na determinističke, kod kojih se parametri ne menjaju u vremenu i

• stohastičke, s vremenski promenljivim parametrima. • Moguće su i kombinacije kao na primer: nelinearni

stohastički sistemi s raspodeljenim parametrima

Page 27: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.5 Klasifikacija SAU

• Sistemi sa nagomilanim (koncentrisanim) parametrima su oni kod kojih se može smatrati da su sve procesne veličine uniformne u celoj zapremini sistema, ili u pojedinim delovima zapremine sistema i da se ne moraju posmatrati njihove promene po prostornim koordinatama, tako da je vreme jedina nezavisno promenljiva.

• Dinamički modeli ovakvih sistema se dobijajaju u obliku jedne ili sistema običnih diferencijalnih jednačina. Tipični primeri ovakvih sistema su svi sudovi sa mešanjem (mešači, grejači sa mešanjem, reaktori sa mešanjem)

Page 28: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.5 Klasifikacija SAU

• Sistemi sa raspoređenim (distribuiranim) parametrima su oni kod kojih je neophodno uzeti u obzir i promene procesnih veličina po prostornim koordinatama, tako da se kao nezavisno promenljive javljaju vreme i jedna ili više prostornih koordinata.

• Dinamički modeli ovakvih sistema se prikazuju jednom ili sistemom parcijalnih diferencijalnih jednačina.

• Tipični primeri ovakvih sistema su uređaji sa klipnim ili približno klipnim strujanjem (razmenjivači toplote tipa cev u cevi ili omotač i cevi, cevni reaktor i slično), kao i uređaji sa pakovanim slojem (apsorpcione, rektifikacione i ekstrakcione kolone sa punjenjem, adsorpcione kolone, katalitički reaktori sa pakovanim slojem i slično)

Page 29: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.5 Klasifikacija SAU

• Prema karakteru signala svrstavamo ih u kontinualne i diskretne, uz moguću kombinaciju: kontinualno-diskretni.

• Diskretizacija se može izvesti po vremenu, po amplitudi ili kombinovano: po vremenu i amplitudi. U tom slučaju govorimo: impulsnim, relejnim ili digitalnim sistemima upravljanja, respektivno.

• Tako, na primer, sistem može biti nelinearan (ili linearan), vremenski kontinualan (ili vremenski diskretan)

Page 30: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.5 Klasifikacija SAU

• Po vrsti korišćene energije SAU se mogu podeliti na: električne, hidraulične, pneumatske i kombinovane (elektrihidrauličke, elektropneumatske itd.).

• U zavisnosti od broja regulisanih veličina sistemi se dele na: monovarijabilne i multivarijabilne .

• Kod monovarijabilnih sistema se reguliše (upravlja) samo jedna veličina, dok kod multivarijabilnih - dve ili više veličina.

• Multivarijabilni sistemi mogu biti raspregnuti ( svaki ulaz u sistem deluje samo na svoj izlaz) ili spregnuti (kada postoje unakrsne sprege tako da jedan ulaz ima uticaja na više izlaza ili na sve izlaze).

Page 31: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.6 Prosta analogna regulaciona kontura i uloga i značaj elemenata u SAU

• Sistem automatskog upravljalja, sastoji se od više posebnih međusobno povezanih elemenata automatike, koji čine funkcionalnu celinu.

• Svaki elemenat se može posmatrati kao pretvarač energije, na čiji se ulaz dovodi jedna veličina a na izlazu dobija druga veličina koja karakteriše ponašanje elemenata.

Page 32: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.6 Prosta analogna regulaciona kontura i uloga i značaj elemenata u SAU

• Sistem automatskog upravljalja, sastoji se od više posebnih međusobno povezanih elemenata automatike, koji čine funkcionalnu celinu.

Blok šema sistema automatskog upravljanja

Page 33: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.6 Prosta analogna regulaciona kontura i uloga i značaj elemenata u SAU

• Prema funkcijama elementi mogu biti: merni, upravljački, pojačavački i izvršni.

• Postoje i drugi elementi koji ulaze u sastav sistema i koji obavljaju značajne funkcije, kao što su elementi napajanja, signalizacije, modulatori i stabilizatori, kao i drugi elementi.

• Sistemi automatskog upravljalja sadrže osnovne elemente, i

to upravljački sistem i objekat upravljanja. • Upravljački sistem ili regulator služi za formiranje

upravljačkog dejstva na objekat upravljanja. . • Merni pretvarač služi za pretvaranje jedne fizičke veličine u

veličine druge fizičke prirode (najčešće električnu) koja je pogodnija za prenos na daljinu i obradu.

Page 34: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.6 Prosta analogna regulaciona kontura i uloga i značaj elemenata u SAU

• Diskriminator ili detektor signala greške je element sa dva ulaza i jednim izlazom.

• Na ulaz diskriminatora dovode se dva signala: signal proporcionalan stvarnoj (izmerenoj) vrednosti regulisane veličine y(t) i signal proporcionalan zadatoj (željenoj) vrednosti regulisane veličine x(t).

• Poređenjem ta dva signala (na ulazu diskriminatora) obrazuje se njihova razlika (signal greške), koja se dalje odvodi najčešće na pojačavač.

• S obzirom na način dobijanja signala greške, diskriminatori su dobili naziv komparatori ili upoređivači.

Page 35: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

1.6 Prosta analogna regulaciona kontura i uloga i značaj elemenata u SAU

• Izvršni element, ostvaruje dejstvo regulatora na objekat upravljanja korišćenjem pomoćne energije.

• U opštem slučaju izvršni elemenat se sastoji iz dva dela: pogonskog i izvršnog organa.

• Pogonski organ služi da primljenim signalom iz pojačavača deluje na izvršni organ u smeru korekcije odstupanja regulisane veličine.

• Izvršni organ, kao deo izvršnog elementa, pripada upravljačkom sistemu i smešten je u samom objektu upravljanja.

• On neposredno deluje na ulaznu veličinu objekta preko koje se menjaju mase i energija

Page 36: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

PROCES I PROCESNE VELIČINE

• Proces je u najopštijem smislu transformacija mase i energije u nekom uređaju ili sistemu.

• Kada se govori o procesima u industrijskoj proizvodnji onda se pre svega misli na automatizovane procese kretanja materijala i proizvoda.

• Najveći stepen automatizacije proizvodnje danas se odvija u procesnoj industriji.

Page 37: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

PROCES I PROCESNE VELIČINE

• Procesna industrija obuhvata one grane kod kojih se transformiše znatna količina energije i kontinualno prerađuje velika količina materijala i proizvoda, što je i uslovilo potrebu za automatizacijom. To je pre svega proizvodnja energije i sirovina, a u razvijenom svetu i određenih proizvoda široke potrošnje.

• Procesna industrija se odvija u termoelektranama i toplanama a zatim u procesnu industriju spada proizvodnja metala, hemikalija, naftinih derivata, papira, cementa, tekstila, duvana i sl.

Page 38: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

PROCES I PROCESNE VELIČINE

• Proces se karakteriše parametrima i promenljivima procesa.

• Parametri procesa su veličine koje se u jednom procesu ne menjaju ali od njih zavise statičke i dinamičke karakteristike procesa.

• Parametri procesa su na primer: zapremina skladišta, snaga agregata odnosno instalisana snaga, kapacitet proizvodne linije odnosno mogućnosti mašina.

Page 39: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

PROCES I PROCESNE VELIČINE

• Parametri procesa se određuju u investicionoj fazi tako da se u proizvodnom procesu uzimaju kao poznate konstante i ne mere se:

• Promenljive procesa su veličine koje se u toku procesa mogu menjati, kao na primer: vlažnost, temperatura, koncentracija materijala, pritisak, zatim zalihe, odnosno količina materijala, viskozitet i sl.

Page 40: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

PROCES I PROCESNE VELIČINE

• Tipični primeri procesa u industriji su: - prenošenje količine kretanja kod mehaničkih sistema i

mehanizama; - makroskopsko prenošenje mase kod kretanja fluida i

čvrstog zrnastog materijala; - prenošenje toplote kod razmenjivača toplote, grejača i

bojlera; - energetske transformacije kod hidro I termo elektrana; - hemijske reakcije kod izotropnih I anizotropnih procesa.

Page 41: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

PROCES I PROCESNE VELIČINE

• Tipične procesne veličine su: pomeraj, brzina, ubrzanje, sila, pritisak, protok, napon, struja, učestanost, pH vrednost, vlažnost, temperatura, količina mase, sastav materijala.

Page 42: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI PRETVARAČI • Pretvarači vrše pretvaranje jednog oblika energije ili

signala u određeni zahtevani drugi oblik energije ili signala.

• Sam pojam pretvarača (konvertora) je veoma širok i generalno obuhvata svaku promenu oblika energije ili signala. U praksi se, međutim, naziv pretvarač u energetici koristi za pretvaranje jednosmerne u naizmeničnu struju (DC/ AC konvertori) - invertorski pretvarači i pretvaranje energije jednog u drugi naponski nivo - j ednosmerni pretvara - či.

• U informacionim tehnikama, koje se zasnivaju na obradama signala, pretvarači vrše prevođenje signala iz jednog informacionog oblika u neki drugi (na primer analogno digitalni pretvarači) ili iz jednog energetskog oblika u drugi (na primer pretvarači neelektričnih u električne signale).

Page 43: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI PRETVARAČI

• Merni pretvarači su pretvarači signala i vrše pretvaranje merene veličine u pogodan signal koji sadrži merne podatke, odnosno mernu informaciju. „Merni pretvarač je uređaj koji prima informaciju u obliku fizičke veličine (njegova ulazna veličina) i u skladu sa određenim fizičkim zakonom pretvara je u informaciju u obliku iste te ili neke druge fizičke veličine" (definicija iz metrološkog rečnika).

• U mernoj i regulacionoj tehnici koristi se naziv davač, merni davač ili transdjuser (engl. transducer, nem. Messumformer, Geber).

Page 44: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI PRETVARAČI

• Postoji veliki broj različitih tipova davača koji imaju različita imena zavisno od prirode fizičke pojave koja je u osnovi njihovog funkcionisanja: davač linearnog pomeraja, ugla, brzine, ubrzanja; davač protoka; davač temperature; davač pritiska; davač nivoa i dr.

• Mereni signali su energetski slabi signala i zato se elemenat ili deo mernog davača koji neposredno prima fizičku veličinu i pretvara je u veličinu pogodnu za merenje zove osetni elemenat ili osetilo, senzor ili detektor (eng. sensor, detekting device, nem. Messfuler).

Page 45: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI PRETVARAČI U tabeli nabrojani su primeri osetnih elemenata sa ulaznim i

izlaznim veličinama.

Page 46: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI SISTEM • Merni sistem predstavlja skup elemenata pomoćú kojih se

ostvaruje funkcija merenja određenih fizičkih veličina. Za bliže upoznavanje najosnovnijih emenata mernog sistema pogodna je uopštena funkcionalna šema na slici

Page 47: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI SISTEM

• Mereni objekt sadrži merenu fizičku veličinu. • Merena fizička veličine već rečeno, može biti:

količina materije,silapritisak, temperatura, vlažnost, sastav materijala, napon, struja, učestanost i dr.

• Merni pretvarači pretvaraju merenu veličinu u električni signal pogodan za dalju obradu. Električni signal se može dobiti neposrednim pretvaranjem merene veličine u električni signal.

Page 48: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

• U praksi se često koriste složeniji pretvarači kod kojih se merena veličina pretvara u električni signal posredno posle više pretvaranja.

• Tako se, na primer, Burdonova cev, koristi za pretvaranje pritiska u pomeraj a zatim se pomoću induktivnog pretvarača dobije elektromotorna sila.

Page 49: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI SISTEM • Pojačivači signala se koriste zato što pretvarači

obično daju na izlaz veličine čije su vrednosti suviše male da bi se odmah mogle koristiti i prikazivati. Zato se signali od osetnih elemenata prvo pojačavaju pre bilo koje dalje obrade.

• Pojačavači mernih signala se nekad moraju ugrađivati neposredno uz osetni elemenat jer je signal koji on daje toliko mali da se, usled slabljenja u toku prenosa, na ulazu instrumenta nebi mogao detektovati.

• Pojačavač treba da samo poveća intenzitet signala a ne sme da utiče na oblik signal jer su u njemu sadržane vrednosti merene veličine.

Page 50: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

• Promena oblika signala usled uticaja parazitnih signala, smetnji i uticaja parametara kola za obradu signala smanjuje ili uništava informaciju koju signal sa sobom nosi.

• Zavisno od vrste signala i zahteva pod kojim uređaji rade primenjuju se odgovarajući pojačavači.

• Postoje razvijeni pojačavači za skoro sve vrste signala: mehanički, hidraulični, pneumatski, optički i električni. Svi oni koriste potencijal dopunskog energetskog izvora.

Page 51: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI SISTEM

• Filtar ima funkciju da odvoji mereni signal od drugih neželjenih signala. Nepoželjni signali se obično označavaju kao smetnje i šumovi. Postoje razvijeni mehanički, pneumatski i ogroman broj najrazličitijih tipova električnih filtara.

Page 52: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI SISTEM

• Integrator ima funkciju da izvrši određenu vrstu usrednjavanja mernog signala u cilju dobijanja dejstva neke veličine u određenom intervalu vremena ili u cilju eliminisanja, smetnji.

• Ovo se čini kada je neka pojav brzopromenljiva i kada nisu toliko bitne trenutne vrednosti već učinak na duži period odnosno srednje vrednosti i u slučaju kad su smetnje mnogo kraće pa se njihovim usrednjavanjem smanjuje i njihov uticaj.

Page 53: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI SISTEM

• A/D pretvarač (konvertor) vrši pretvaranje analognog u digitalni (cifarski) oblik signala. Pritom se teži očuvanju svih vrednosti koje predstavljaju informaciju o merenoj veličini.

• Ovo je razumljiva potreba obzirom na značaj digitalne tehnike ne samo za dalju analizu i obradu mernih signala već i u sklopu regulacione petlje upravljačkih sistema.

• Obrađeni merni signal se prosleđuje rregulacionom elementu u slučaju automatizovanog sistema ili na pokazni instrume u slučaju manuelnog upravljanja.

Page 54: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI SISTEM

• Pokazni uređaji u mernim sistemima daju merni signal u vizuelnom obliku i namenjeni su promatraču odnosno rukovaocu kao krajnjem korisniku.

• Postoji analogm način prikazivanja pomoću skala i grafikona (pisači)ostavljaju trajne zapise – hard copy a na ekranima se vrše privremena posmatranja i digitalni pomoću alfanumeričkih prikazivača.

Page 55: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

MERNI SISTEM

• Merni uređaj obično sadrži na više mesta elemente za podešavanje nule i drugih karakteristika. U okviru mernog uređaja često je ugrađen poseban sklop koji služi za kalibraciju uređaja i označava se kao kalibrator.

• Kalibracija (baždarenje ili umeravanje) predstavlja postupak utvrđivanja stvarnog položaja znakova (eventualno samo izvesnih glavnih znakova) na merilu u funkciji odgovarajućih vrednosti merene veličine.

• To je postupak koji se obavlja u toku održavanja ili priprema mernog uređaja za rad.

Page 56: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

Merni sistem u sistemu automatskog upravljanja

Page 57: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

• U savremenim mernim sistemima kao i u sistemima upravljanja veliki broj funkcija vrši digitalni računar sa kojim su značajno proširene mogućnosti pojedinih delova i sistema kao celine.

• Na slici je data najopštija blok šema digitalnog računara u sistemu merenja i upravljanja.

Page 58: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

• Digitalni računar može da se koristi za merenje i upravljanje procesom koji obuhvata nekoliko ulaznih signala kao što su temperatura, pritisak, protok, koji su po prirodi analogni.

• Zbog toga se ovi signali pomoću A/D pretvarača prvo prevode u digitalni oblik.

• Multiplekser, kojim se upravlja iz računara, ima ulogu da napravi vremenski raspored signala, pošto je dovoljan jedan serijski ulaz i jedan A/D pretvarač.

• Pošto su oni u digitalnom, cifarskom obliku prevode se pomoću D/A (digitalno - analognih) pretvarača u analognu formu kako bi mogli da deluju na krajnje izvršne elemente analognog tipa, kao što su ventili i motori.

Page 59: TFZR - AUTOMATSKO UPRAVLJANJE. UVOD.pdf · 2020. 3. 22. · UVOD 1.1 Kratak istorijski osvrt sistema automatskog upravljanja (SAU) • Automatski uređaji su . se koristili od davnina

Digitalni računar u sistemu za merenje i regulaciju