Automatizační systémy I

Prezentace na téma: "Automatizační systémy I"— Transkript prezentace:

1 Automatizační systémy I

2 PLC – technické vybavení
Konstrukce PLC: kompaktní, vanové, modulární Moduly procesor, systémová a uživatelská paměť, binární vstupy (f-ce ochrany, filtrace, oddělení a signalizace) zapojení 2, 3 vodičové, bezpotenciálové, binární výstupy (f-ce oddělení, zesílení, ochrana a signalizace) výstup NPN, PNP (ss obvody), tyristor, triak (stř. obvody), relé, analogové vstupy (vstupy pro standardní snímače Pt, termo zapojení 2, 3, 4 vodičové, A/D převodník 8-16bitů, analogové výstupy (D/A převodník 8-12 bitů, 0-20mA, 0-10V), rychlé čítače (počet impulsů, trvání impulsu, frekvence ...) polohování (CNC – ss / krokové motory + snímače polohy), komunikační (RS232, 466, 486, AS-i, CAN, I2E, USB, Ethernet), záložní (I/O, zdroj, paměť ...), speciální (pro signály pneu, optika ...)

3 PLC – softwarové vybavení
Sady instrukcí pro specializované operace logické (bit, byte, word), funkce čítačů, časovačů, registrů, krokových řadičů aritmetické (byt a word), regulační PID, PWM, PLD ..., fuzzy logiky firmware (BIOS) – režie systému, cyklus PLC (aktualizace obrazu vstupů podle stavu vstupů, uživatelský program, aktualizace výstupů z obrazu výstupů, otočka cyklu) uživatelský proces – cyklické vykonávání

4 Tvorba sw pro PLC – jazyky
jazyk mnemokódů – asembler IL Instruction List, AWL Anweisungslist jazyk reléových schémat – kontakty LD Ladder Diagram, KOP Kontaktplan jazyk logických schémat – hradla FB Function Blocks, FUP Functionplan jazyk strukturovaného textu – Pascal ST Structured Text, jazyk Grafcet – sekvenční diagram SFC Sequential Function Chart

5 jazyk mnemokódů Schneider PL7-07 jazyk reléových schémat Schneider PL7-07

6 jazyk strukturovaného textu Schneider PL7-junior
jazyk logických schémat Siemens LOGO !

7 jazyk Grafcet

8 Regulační technika w - řídící veličina
e - regulační odchylka e = w – x uR - akční veličina regulátoru uS - akční veličina soustavy ZU - poruchová v. v místě akční v. x - regulovaná veličina ZX - poruchová v. v místě regulované v.

9 Regulované soustavy statické – samy se ustálí (proporcionalita)
0. řádu s0 ∙ x = uS skok 1. řádu s1 ∙ x’ + s0 ∙ x = uS exponenciála 2. řádu s2 ∙ x’’ + s1 ∙ x’ + s0 ∙ x = uS varianty S křivky astatické – nemají schopnost ustálení (s0 = 0) 1. řádu s1 ∙ x’ = uS trvale rostoucí f-ce 2. řádu s2 ∙ x’’ + s1 ∙ x’ = uS trvale rostoucí f-ce s kmity popis soustav diferenciální rovnice x = f(u) operátorový a frekvenční přenos F(p) a F(jω) charakteristika přechodová, frekvenční v log. s. a v k. r.

10 Regulátory Skladba regulátoru Rozdělení
dle energie: mech, pneu, hydro, elektronické dle způsobu napájení: přímé, nepřímé dle průběhu přenášeného signálu: spojité, nespojité vlastnosti u = f(e) P proporcionální u = k0 ∙ e I integrační u = k–1 ∙ ∫ e dt D derivační u = k1 ∙ e’ kombinace PI, PD, PID popis regulátoru diferenciální rovnice, operátorový a frekvenční přenos, charakteristika přechodová, frekvenční

11 Spojitý regulační obvod
řešení v operátorovém tvaru rovnice regulátoru: uR = FR ∙ x – FR ∙ w rovnice soustavy: x = FS ∙ uS + FS ∙ z podmínka působení proti změně uR = – uS charakteristický přenos F0 = – FR ∙ FS (přenos otevřeného RO) rovnice uzavřeného RO: (1 – F0) ∙ x = – F0 ∙ w + FS ∙ z

12 Stabilita regulačního obvodu
podmínkou správné činnosti RO je schopnost ustálit se – definované podmínky jsou kriteria stability dělení kriterií stability: algebraická (matematická) Hurwitzovo, Routh-Shureovo, grafická Michajlovo, Nyquistovo, Küpfmüllerovo,

13 Hurwitzovo kriterium stability
definice: Aby byl regulační obvod stabilní, musí být všechny činitelé an až a0 > 0 a všechny subdeterminanty hlavního determinantu > 0 Hurwitzův determinant: an-1 an-3 an-5 …… an an-2 an-4 …… 0 an-1 an-3 …… …… …… a2 a0 0 …… a3 a1 0 …… a4 a2 a0 rozvoj na subdeterminanty je nejvýhodnější podle posledního sloupce je nutné provést rozvoj na velikost 3x3 (lze vypočítat)

14 Nyquistovo kriterium stability
definice: Aby byl regulační obvod stabilní, musí bod (–1, j0) ležet vlevo od kmitočtové charakteristiky rozpojeného RO v komplexní rovině, díváme-li se po charakteristice ve směru rostoucího kmitočtu bod (–1, j0) je bod, kdy výstupní signál má fázi 180° a amplitudu 1, což je podmínka vzniku oscilací, pokud se tento signál dostane na vstup RO

15 Kvalita regulačního pochodu
přesnost regulace (po ustálení) absolutní chyba údajů relativní chyba měřících přístrojů a měřící metody rychlost přechodového děje t0 = doba prvního průchodu žádanou hodnotou tr = doba regulace n = počet kmitů za dobu regulace T = perioda kmitů ΔXmax = hodnota maximálního přeregulování tvar křivky – integrální kriterium

16 Integrální kriterium kvality
je definováno jako rozdílová plocha mezi ideální a získanou přechodovou charakteristikou S = x0 ∙ tR – ∫ x(t) dt Kvadratické integrální kriterium u průběhu s překmity je nutné zohlednit znaménko rozdílu a použít součet mocnin jednotlivých rozdílových ploch

17 Volba typu regulátoru na základě zkušenosti podle tabulkových údajů statisticky vyhodnocených zkušeností na základě typu soustavy na základě porovnání vlastností regulátorů a soustav na základě typu regulované veličiny typické vlastnosti veličin odpovídají typům soustav ve kterých se nacházejí

18 Nastavení konstant regulace
na základě zkušenosti tabulky vhodných rozsahů hodnot pro daný typ regulace pomocí výpočtu pokud neznáme soustavu (Ziegler – Nicholsova metoda) pomocí výpočtu pokud známe soustavu dává přesné výsledky – podmínkou je znalost parametrů soustavy (nutno změřit) tabulkové výpočty pro požadovaný průběh (aperiodický nebo per. s max. překmitem)

19 Ziegler – Nicholsova metoda
vyřadit I a D složku regulátoru (Ti=∞, Td=0) nastavit větší pp (menší zesílení), vyvolat regulační pochod (malou, ale definovanou změnou řídící veličiny), zaznamenat a vyhodnotit regulační pochod, je-li regulační pochod stabilní, trochu zmenšit pp (zvětšit zesílení) a pokračovat bodem 3., je-li reg. pochod na mezi stability (začíná kmitat), odečíst ppkrit a z průběhu Tkrit (kritické pásmo proporcionality a kritická perioda) pomocí ppkrit, Tkrit a tabulkových vzorců vypočítat pp, Ti a Td

20 Nespojitý regulační obvod
dvoupolohový regulátor relé, bimetal (žehlička, splachovač) třípolohový regulátor 2 relé, polarizované relé nespojitá regulace se zpětnou vazbou zpožďující (nastavení zpoždění) pružná (nastavení zesílení a zpoždění) impulsní regulátory frekvenční s konstatním impulsem pulsně šířkový

21 Nespojitý regulační obvod
dvoupolohová regulace 1-kapacitní soustavy dvoupolohová regulace 2-kapacitní soustavy třípolohová regulace jak zvýšit kvalitu regulačního pochodu zmenšení hystereze (roste spínací frekvence) zmenšení doby průtahu (většinou nelze) prodloužení doby náběhu (přidání setrvačnosti) zmenšení rozsahu akční veličiny (nepředimenzovávat akční člen)

22 Děkuji za pozornost