Automatizační systémy I

1. Automatizační systémy I část 2.

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 – asemblerIL Instruction List, AWL Anweisungslist • jazyk reléových schémat – kontaktyLD Ladder Diagram, KOP Kontaktplan • jazyk logických schémat – hradlaFB Function Blocks, FUP Functionplan • jazyk strukturovaného textu – PascalST Structured Text, • jazyk Grafcet – sekvenční diagramSFC Sequential Function Chart

5. jazyk reléových schémat Schneider PL7-07 • jazyk mnemokódů 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 odchylkae = 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=uSskok • 1. řádu s1∙x’ + s0∙x=uSexponenciála • 2. řádus2 ∙x’’ +s1∙x’ + s0∙x=uSvarianty S křivky • astatické – nemají schopnost ustálení (s0= 0) • 1. řádu s1∙x’ =uStrvale rostoucí f-ce • 2. řádu s2 ∙x’’ +s1∙x’ =uStrvale 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 …… 0 0 0 an an-2 an-4 …… 0 0 0 0 an-1 an-3 …… 0 0 0 . . . …… . . . 0 0 0 …… a2 a0 0 0 0 0 …… a3 a1 0 0 0 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 přístrojůa 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 charakteristikouS = 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 zkušenostipodle tabulkových údajů statisticky vyhodnocených zkušeností • na základě typu soustavyna základě porovnání vlastností regulátorů a soustav • na základě typu regulované veličinytypické vlastnosti veličin odpovídají typům soustav ve kterých se nacházejí

18. Nastavení konstant regulace • na základě zkušenostitabulky vhodných rozsahů hodnot pro daný typ regulace • pomocí výpočtu pokud neznáme soustavu(Ziegler – Nicholsova metoda) • pomocí výpočtu pokud známe soustavudává 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