Avp 1 - Osnovni Pojmovi.ppt

AUTOMATSKO UPRAVLJANJE SUSTAVIMA I PROCESIMA UVOD

OSNOVNI POJMOVI AUTOMATIKA – znanstveno-tehnička disciplina čija su područja: - teorija vođenja - istraživanje i analiza uvjeta djelovanja i zakonitosti vođenja različitih tehničkih procesa - sinteza i gradnja sustava za automatsko vođenje AUTOMATIZACIJA - u širem smislu je disciplina koja obuhvaća sve mjere s kojima se smanjuje udio ljudskog rada u proizvodnji i s kojima se postiže viši stupanj proizvodnje, ekonomične i rentabilne u pogledu utroška sirovina, energije i vremena - u užem smislu je vođenje i primjena automatskih uređaja pri vođenju različitih procesa

Svrha i zadatak automatizacije može se svesti na sljedeće četiri točke: - povećanje proizvodnje - skraćenje proizvodnog ciklusa - povećanje kvalitete proizvodnje - sniženje troškova proizvodnje

KIBERNETIKA – znanost o vezi živog bića i čovjeka TEHNIČKA KIBERNETIKA - područje kibernetike koje obuhvaća proučavanje tehničkih sustava - njezin je osnovni zadatak analiza tih sustava sa stajališta vođenja i sinteze najboljih mogućih pravila po kojima će se u sustavu za vođenje ostvariti promjena ulaznih informacija u izlazne upravljačke naloge i odrediti struktura i vladanje sustava za vođenje

SUSTAV - prirodna, društvena, tehnička ili mješovita tvorevina koja u danoj okolini djeluje samostalno s određenom svrhom

VRSTE SUSTAVA - prirodni – živa bića i njihove zajednice - društveni – zajednice ljudi (npr. škola) - tehnički – različite ljudske tvorevine (npr. hladnjak, elektrana itd.) - mješoviti – zajednice ljudi i tehničkih tvorevina ( npr. automobil s vozačem, brod s posadom itd.)

Neki primjeri tehničkih sustava zrakoplov

sustav automatizacije procesa

cd player

satelit

robot motor elektrana

mobitel

Opća zamisao odnosa sustava i okoline

Opći prikaz sustava

Ulazne veličine - karakteriziraju stanje tokova tvari i/ili energije koji su mogući uzrok promjene akumulacije tvari i/ili energije.

Ulazne veličine mogu biti: - upravljive - poremećajne (neupravljive)

Izlazne veličine - karakteriziraju vladanje procesa / sustava koje se manifestira kao promjena akumulacije tvari i/ili energije

VOĐENJE 1. RUČNO VOĐENJE 2. AUTOMATSKO VOĐENJE

- RUČNO VOĐENJE - kada čovjek vodi proizvodni sustav

PRORAČUN OSJETILO

IZVRŠNI ELEMENT

Primjer ručnog vođenja povratnom vezom

- Na izlaznom toku je indikator koji operatoru daje informaciju o trenutnoj vrijednosti vođene veličine - Operator očitava indikator i upravlja ručno ventilom kako bi postigao željenu vrijednost vođene veličine - Sve odluke donosi sam operator

Primjer ručnog vođenja povratnom vezom

Izlaz

Mije- Povratna Detekcija šalica veza greške

Topla Hladna voda voda ULAZI

AUTOMATSKO VOĐENJE - vođenje proizvodnog sustava uz pomoć tehničkog sustava bez sudjelovanja čovjeka (primjer – kućno grijanje)

- KAKO RADI KUĆNO GRIJANJE

REGULATOR NAMJEŠTENA VRIJEDNOST

PROTOK GORIVA

TERMOSTAT (OSJETNIK TEMP.)

PEĆ

REGULACIJSKI VENTIL (IZVRŠNA SPRAVA)

GUBITAK TOPLINE POREMEĆAJ – UTJECAJ OKOLINE

- O ČEMU OVISI TEMPERATURA PROSTORIJE - ŠTO SVE SAČINJAVA SUSTAV ZA GRIJANJE

Temperatura prostorije

Snaga grijanja

Vrijeme

1. Zašto temperatura prostorije oscilira? 2. Jesu li ovakve oscilacije dobre za proces?

NAČINI VOĐENJA SUSTAVA 1. upravljanje 2. regulacija UPRAVLJANJE – djelovanje unaprijed određenih informacija na tok energija ili materijala. Primjenjuje se kod otvorenih regulacijskih krugova gdje povratnu vezu čini čovjek.

REGULACIJA – održavanje vođene veličine na određenoj vrijednosti prema unaprijed postavljenom pravilu uz pomoć povratne veze ( npr. održavanje temperature u prostoriji, održavanje iznosa napona i njegove frekvencije u elektrani). Primjenjuje se uvijek kod zatvorenih regulacijskih krugova.

REGULACIJSKI KRUGOVI Sustav za vođenje svoje upravljačke odluke donosi na temelju podataka o izlaznim ili poremećajnim veličinama procesa. Pri tome postoje dvije mogućnosti vođenja: 1. vođenje prema poremećajnoj (ulaznoj) veličini 2. vođenje prema izlaznoj veličini Pri vođenju prema poremećajnoj veličini nije zatvoren tok signala s izlaza procesa na ulaz preko sustava za vođenje, pa govorimo o otvorenom sustavu. Kod zatvorenog sustava zatvoren je tok signala s izlaza procesa na ulaz preko sustava za vođenje.

1. OTVORENI REGULACIJSKI KRUGOVI Kod otvorenih sustava jedinica za vođenje može djelovati na dva načina: a) prema unaprijed po volji zadanom zakonu b) prema trenutačnom stanju poremećajne veličine

a) Sustav vođen prema unaprijed zadanom zakonu Zakon vođenja y0=f(t) naziva se zakon djelovanja ili program, a veličina y0 koja na izlazu jedinice za vođenje djeluje prema tom zakonu zove upravljačka veličina.

Osnovni prikaz sustava vođenog prema unaprijed zadanom zakonu

b) Sustav vođen prema poremećaju

Jedinica za vođenje djeluje na temelju informacija o poremećaju. Ovakvo vođenje se naziva vođenje pomoću unapredne veze, jer se ostvaruje vezom kojom se djelovanje poremećaja otkriva i sprječava unaprijed.

Osnovni prikaz sustava vođenog prema poremećaju

2. ZATVORENI REGULACIJSKI KRUGOVI

Prikaz veze procesa i jedinice za vođenje na načelu povratne veze

U zatvorenim sustavima stvara se upravljačko djelovanje prema izlaznoj veličini, tj. tako da se poremećaj otkriva na izlazu i sprječava djelovanjem na ulaz pomoću povratne veze. Ovo načelo vođenja omogućava: 1. vođenje izlazne veličine po željenom zakonu neovisno o obliku i jačini poremećaja 2. vođenje procesa s različitim dinamičkim svojstvima, a u posebnim slučajevima i vođenje nestabilnih procesa Oboje je neostvarivo kod otvorenih sustava

2. ZATVORENI REGULACIJSKI KRUGOVI Regulacijski krug sadrži četiri glavna sastavna dijela: 1. proces (regulacijska staza) 2. mjerni pretvornik (mjerni član, senzor) 3. regulator (jedinica za vođenje) 4. izvršna sprava (izvršni član, aktor, aktuator) Mjerni pretvornici osiguravaju informacije o stvarnom stanju procesa. Izvršni članovi djeluju na proces na način da prevedu sustav iz stvarnog stanja u željeno stanje. Tipični predstavnik izvršnog člana je ventil. Regulatori vode proces u skladu sa zadanim zahtjevima, a na temelju informacija o procesu i njegovom okruženju. Za povezivanje mjernih pretvornika i izvršnih članova s regulatorima u složenim sustavima upravljanja koriste se komunikacijski sustavi. Složena postrojenja mogu imati i po nekoliko tisuća signala koje je potrebno slati na veće udaljenosti. Komunikacijski sustavi i protokoli postaju vrlo važni u suvremenim rješenjima automatizacije postrojenja i procesa.

Usporedba

Bolji mjerni pretvornici (senzori)

Bolje izvršne sprave (aktuatori, aktori)

=

=

bolji vid

jači mišići

Bolje upravljanje = bolji športski rezultati (inteligentna i učinkovita rješenja)

Usporedba U sustavima automatskog vođenja procesa: - mjerni pretvornici (senzori) predstavljaju "oči" - izvršne sprave (aktuatori, aktori) su "mišići" - komunikacijski kanali su "živci" - regulatori su "mozak" Športaš dobroga vida i snažnih mišića postaje vrhunski športaš ako posjeduje izvrsnu koordinaciju očiju te ruku i nogu. Ovu koordinaciju obavlja mozak naučen stalnom vježbom (da bi se neka zahtjevnija radnja dovela do automatizma, npr. prijenos lopte iz zraka uz pregled igre, potrebno je 8000 do 10000 ponavljanja). U tehničkom sustavu koordinaciju mjernih pretvornika (senzora) i izvršnih sprava (aktuatora) obavlja regulator (algoritam upravljanja). U algoritmu upravljanja je stoga srž automatike!

Povratna veza - negativna – koristi se u automatskom vođenju procesa jer izaziva

stabilnost - pozitivna – izaziva nestabilnost procesa, pa se rijetko koristi (npr. kod oscilatora)

Primjer 1: Upravljanje temperaturom prostorije pomoću povratne veze Temperatura okoline Osjetilo temperature prostorije Prozor otvoren

xR

ϑP

y

R U M

Q V

Pomoću regulatora R u ovom slučaju mogu se kompenzirati utjecaji svih poremećaja.

Primjer 2: Temperaturna stabilizacija pojačala

+UCC

uiz

uul

Primjer 3: Serijski tranzistorski stabilizator s pojačalom u povratnoj vezi

Primjer 4: Automatska vrata - industrijska U zoni zatvaranja lamela vrata ugrađena je sigurnosna infracrvena svjetlosna zavjesa. Po želji ovakav optoelektronički sustav ugrađuje se do 2,5 m visine i više. Takav sustav je potpuno integriran i zaštićen. Djeluje optoelektronički do visine 2,5 m. Elektronika se sama kontrolira i testira tako da dosadašnji postojeći poznati sigurnosni sustavi nisu potrebni. Prepreke se prepoznaju na vrijeme bez dodira. Reverzibilni pogon se uključuje prije nego dođe do udara. Infracrveni senzori skeniraju područje iza i ispred vrata. Sigurnosni sustav je aktivan samo kada su vrata otvorena ili su u procesu zatvaranja. Prilikom pronalaženja prepreke u skeniranom području elektronika automatski ponovno otvara vrata i sprečava oštećenja. Uz to infracrveni senzori registriraju pokretne i nepokretne objekte u skeniranoj zoni. Skeneri iznad otvora vrata imaju veliku zonu prepoznavanja. Ako se na primjer viljuškar brzo približava vratima prilikom zatvaranja, elektronika ga vrlo rano prepoznaje i prije mogućeg oštećenja vrata se automatski ponovno otvaraju.

Primjer 4: Automatska vrata - industrijska Vrata su opremljena elektroničkim upravljanjem koje je smješteno u upravljačkom ormaru. Zatvaranje je potpuno automatski nakon isteka podešenog vremena ili prema željama. Upravljačka ploča mcp2 opremljena je brzim procesorom. Zajedno sa CAN-BUS sustavom moderna mikroelektronika zadužena je za brzu izmjenu podataka. Rezultat je: velika brzina otvaranja, najveća sigurnost i najbolja moguća prilagodljivost.. Mikroprocesori mcp2 čine s motorom, kočnicom i frekvencijskim pretvaračem jednu međusobno povezanu i podešenu tehnološku jedinicu za pogon vrata. Motor će tako uvijek precizno i kontrolirano voziti vrata do krajnjih položaja. Prilikom otvaranja mcp2 će povesti vrata brzinom i do 4 m/s.

Primjer 4: Automatska vrata - javni objekti Dijelovi: - mikroprocesorska upravljačka elektronika s upravljačkim modulom - rezervno akumulatorsko napajanje 24V, smješteno u nosivu konzolu, osigurava 3 otvaranja / zatvaranja vrata 72 sata od nestanka napona napajanja, na zahtjev protupožarne centrale ili tipke OTVORENO/ZATVORENO - elektromagnetska brava, napajanje 24 VDC/ 0,44A; zaključano ukoliko nema napona napajanja - mikrovalni ili infracrveni senzori za detekciju prisustva/pokreta – 2 komada - okvir sa staklom - nosiva konzola s kliznim nosačima vrata i fikserima - elektromotorni BLDC pogon 24V DC/ 60W / max:3000 okr/min, PWM upravljan, bez četkica (brushless- osigurava dugotrajnost) s ugrađenim Hallovim enkoderom, reduktorom, zupčastim remenom i zatezačem remena

Primjer 5: Automobil

- upravljanje motorom (ubrizgavanje goriva, sustav paljenja) - ABS, sustav protiv bočnog proklizavanja - zračni jastuci

- upravljanje uređajima (prozori, sjedala, radio)

2001. god. 19% cijene automobila je elektronika sa tendencijom +10% po godini

Primjer 6: Vjetroelektrana

Spoj lopatica na gondolu

Cjelovito upravljanje vjetroagregatom (vjetroelektranom) treba osigurati: • prilagodbu napona i frekvencije zahtjevima električne mreže • zakretanje gondole vjetroagregata okomito na vjetar Lopatice i toranj vjetroagregata nisu apsolutno kruti Brzina vjetra i sila potiska na rotor uzrokuju njihanje tornja Zakretanje lopatica oko njihove uzdužne osi također uzrokuje njihanje tornja

• praćenje iznosa procesnih veličina i atmosferskih prilika (maksimalno iskorištenje energije vjetra za vrijeme slabih vjetrova, ograničenje brzine vrtnje i snage generatora za vrijeme jakih vjetrova) • otkrivanje kvarova komponenata sustava • sigurno zaustavljanje vjetroagregata u slučaju kvara ili nepovoljnih vremenskih uvjeta • pravodobnu dojavu kvarova udaljenim kontrolnim mjestima

Sustav za mjerenje vjetra na gondoli

av vvmj

Vjetar Generator Servo motori za zakretanje lopatica

Vjetar

Frekvencijski pretvarač Mt Distribucijska mreža

 Transformator ref

Mg Mgref

ßmj mj vvmj av

Lopatica

Sustav upravljanja

 – brzina vrtnje generatora vv – brzina vjetra av – smjer vjetra ß – kut zakreta lopatica Mt – pogonski moment turbine Mg – el. moment generatora

Primjer 7: Senzorska (elektronička) slavina 1.

Vijak za učvršćenje

2.

Gumene podloške

3.

Pričvrsna potkova

4.

Matica za učvršćenje

5.

Priključne cijevi

6.

Elektromagnetski ventil

7.

T-komad

8.

Gumene brtve

9.

Kutni ventil

10. Prilagodni komad

NAČIN RADA Slavina pusti vodu kad korisnik stavi ruke u prirodni položaj za pranje. Ukoliko neko ostavi predmet ispod slavine da voda stalno teče, uređaj će se sam isključiti nakon 60 sekundi. Kada se makne predmet slavina je opet spremna za rad.

Detalj A

Detalj B

Primjer 7: Senzorska (elektronička) slavina Slavina je u potpunosti izrađena od mesinga. Sustav napajanja vodom zasniva se na SOEMA patentiranom elektroventilu. Potpuno novi elektronički sklop koji se zasniva na mikrokontroleru dopušta, zahvaljujući malim dimenzijama, ugradnju cjelokupne elektronike u samu slavinu.

LED slavina iz Hansacanyon-a ima otvoren kanal na vrhu, a vodu osvjetljava LED svjetlo koje se mijenja od plave do crvene, ovisno o temperaturi vode. Automatski se gasi nakon 80 sekundi i ima elektroničku kontrolu temperature. Cijena je 1,553.10 US dolara

Što je kod senzorske slavine: - mjerni pretvornik - jedinica za vođenje - izvršna sprava

Gdje se nalazi: - mjerni pretvornik - jedinica za vođenje - izvršna sprava

Zaključak Automatsko upravljanje je nužno u većini tehničkih sustava, a prisutno je također i u biološkim sustavima te mnogim drugim područjima.

Automatsko upravljanje je skrivena tehnologija i nije toliko razvikana kao neke druge discipline, no bez njega 90% današnjih sustava ne bi moglo raditi.

Pitanja za kontrolnu 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

10. 11. 12.

Što je automatika? Što je automatizacija? Koja je svrha i zadatak automatizacije? Što je sustav, vrste sustava, njihov opis! Razlika između ručnog i automatskog vođenja? Razlika između upravljanja i regulacije? Nacrtaj i objasni sustav vođen prema unaprijed zadanom zakonu! Nacrtaj i objasni sustav vođen prema poremećaju! Nacrtaj zatvoreni regulacijski krug! Koji su glavni elementi? Objasni povratnu vezu! Što se postiže primjenom povratne veze? Objasni vrste povratnih veza! Usporedi sustav automatskog vođenja i čovjeka! Na jednom primjeru objasni sustav automatskog vođenja pomoću povratne veze!