Elektrotechnika Automatizační technika Automatizační prostředky (EL 54) Ing. Josef Kovář

Úvod do automatizace AUTOMATIZACE představuje významný prostředek pro zvýšení produktivity, jakosti a konkurenční schopnosti výroby a služeb. Je to proces, kdy technická zařízení využíváme k nahrazení nejen fyzické práce člověka, ale zejména k nahrazení duševní řídicí činnosti lidí.

Trocha historie Slovo automat je řeckého původu - autómatos = sám o sobě jednající.

AUTOMATIZAČNÍ PROSTŘEDEK technické zařízení nebo programový prostředek, který je možno využít při automatizaci. Rozdělujeme je podle různých hledisek: podle druhu zpracovávané energie (elektrické, pneumatické, hydraulické, optické, mechanické) podle vykonávané funkce (čidla, převodníky, akční členy, regulátory, řídicí počítače, průmyslové komunikační sítě…)

Druhy automatizačních prostředků Podle fyzikální podstaty rozlišujeme automatizační prostředky: pneumatické hydraulické elektrické Volba druhu závisí na požadovaných technických a provozních vlastnostech řídicího systému.

Pneumatická energie využívá stlačený vzduch, který se vyrábí pomocí kompresorů a uchovává se v tlakových nádobách. Výhody: nezpůsobuje jiskření spolehlivě pracuje i ve vlhkém a prašném prostředí snese velké a nárazové zatížení jednoduchá konstrukce, údržba, spolehlivost, životnost možnost tlumení Nevýhody: při konstantní teplotě jeho stlačitelnost signál lze přenášet na vzdálenost do 300 m menší funkční rychlost než u el. přístrojů vysoké ceny kompresorových stanic činnost ovlivňuje teplota

Hydraulická energie využívá olej, který je při konstantní teplotě nestlačitelný. Výhody: dosažení velkých sil a momentů značná životnost a spolehlivost systému Nevýhody: značná náročnost na výrobu, na přesnost geometrických tvarů a vůlí velká náročnost na čistotu kapaliny nutnost svádět prosáklý olej zpět do zásobníku omezené vzdálenosti přenosu do 60 m složitá konstrukce

Elektrický systém Výhody: signál může být stejnosměrný, střídavý, spojitý, nespojitý okamžité šíření signálu na neomezené vzdálenosti snadné zpracování velkého počtu regulovaných veličin možnost použití zesilovačů snadný přenos výkonu snadné provádění operací s el. signály jak v analogové, tak i číslicové formě Nevýhody: nelze použít ve výbušném prostředí

Schéma automatického řízení

Schéma automatického ovládání AUTOMATICKÉ OVLÁDÁNÍ je charakterizováno přímým otevřeným řetězcem bez zpětné vazby.

Příklady automatizačních prostředků Vstupní - snímače - např. tlačítka, přepínače, potenciometry, relé, paměti, snímače fyzikálních veličin, A/D převodníky Zprostředkovací – převodníky signálů, zesilovače, log. obvody, regulátory, počítače (jednočipové, průmyslové, PLC…) Výstupní – výkonové zesilovače, regulační orgány

Výstupní členy Zesilovač - každé zařízení, které umožňuje vstupním signálem nízké úrovně ovládat výstupní signál vyšší úrovně, dodávaný z napájecího zdroje. Poměr obou signálů se nazývá zesílení.

Nespojité hydraulické zesilovače se používají při realizací základních logických funkcí. Jsou to zařízení, která umožňují otevírání a hrazení proudu kapaliny. Spojité hydraulické zesilovače se používají především pro regulační účely. Nespojité hydraulické zesilovače (a,b) Spojité hydraulické zesilovače (c,d)

Akční členy Aby řízený objekt dosáhl žádaného stavu, musí řídicí systém aktivně a cílově ovlivňovat vstupní veličiny řízeného objektu. V praxi to znamená řídit, tj. zvětšovat nebo zmenšovat toky látek a energií vstupujících do technologického procesu pomocí akčních členů.

Základní části elektrického pohonu ventilů Elektrické pohony Základní části elektrického pohonu ventilů

Stejnosměrné motory Pro řízení parametrů el. energie použité k napájení stejnosměrného motoru se užívají usměrňovače a stejnosměrné měniče. Princip stejnosměrného měniče Jednofázový můstkový střídač

Indukční motory Jednofázový měnič - měnící frekvenci napájecího napětí - tvořený dvěma antiparalelně zapojenými usměrňovači U1 (tyristory T1, T2) a U2 (tyristory T3, T4,) z nichž U1 propouští pulzy tvořící kladnou půlvlnu a U2 zápornou půlvlnu výstupního lichoběžníkového napětí Uv.

Krokový motor s pasivním rotorem. Krokové motory Vzhledem k rozvoji číslicové techniky se rozšiřuje užití krokových motorů, jejichž úhel natočení hřídele je dán počtem impulzů přivedených na řídicí vinutí. Charakteristickým znakem je proto nespojitý pohyb hřídele, daný úhlovými skoky = kroky, které jsou odezvou rotoru na jeden řídicí impulz. Krokový motor s pasivním rotorem.

Motory s piezoelektrickým pohonem Nový typ pohonů. Slučují v sobě jednoduchou mechanickou stavbu s nízkými otáčkami či rychlostí, vysokým momentem a tichým chodem. Jsou používány ve fotoaparátech a kamerách, v robotíce i v automobilovém průmyslu. Konstruují se jako lineární nebo rotační. Elastická vrstva Střídavě poůlarizovaná piezoelektrická vrstva Piezoelektrická vrstva Podstatou funkce piezoelektrických motorů je vyvolání deformace povrchové vrstvy statoru, která se převádí na rotační pohyb rotoru. Elastická vrstva Eelektroda 1 Eelektroda 2 Eelektroda 3 Struktura piezoelektrického měniče Deformace vlivem přiloženého napětí Konstrukční řešení piezoel. motoru

Přenos signálů Prostředky pro přenos signálů: Jednotlivé prostředky si mezi sebou musí předávat signály. Snímač naměří nějakou hodnotu fyzikální veličiny na měřené soustavě a přes rozhraní ji posílá přes zesilovač a převodník do regulátoru. Z regulátoru vystupuje jiný signál, který následně působí zpět na regulovanou soustavu.

Pro přenos se používají: Mechanický signál (táhla, bowdeny, řemeny apod.) Pneumatický signál (různé typy potrubí) Hydraulický signál (různé typy potrubí) Elektrický signál (twistedpair, koax) Optický signál (plastová, skleněná vlákna)

Seznam použité literatury KNIHA: BENEŠ, Pavel. Automatizace a automatizační technika. Praha: Computer Press, 2000, ISBN: 80-7226-248-3.   PETERKA, Jiří. eArchiv.cz . 14.11.2013. Přístup ke zdroji: http://www.earchiv.cz/a96/a645k150.php3