W tym wpisie dowiesz się o :
- genezie automatyki
- Co ma wspólnego lokomotywa z pierwszą automatyka?
- Zobacz wnętrze Siemens S7-300
- Sterowanie, regulacja , zarządzanie
- Układ regulacji zamknięty a układ sterowania otwarty?
- I trochę definicji
Zapraszam
Początek rozwoju przyjmuje się na drugą połowę osiemnastego wieku (regulator Watta), chociaż już wcześniej pojawiały się pierwsze układy opisane przez Herona z Aleksandrii w I w.n.e. Jednak bardzo ważnym etapem rozwoju automatyki był rozwój elektrotechniki, elektroniki i informatyki w wieku XX. Trwający od lat rozwój doprowadził do powstania technologii wytwarzania scalonych układów elektronicznych, umożliwiających produkcję skomplikowanych układów osiągając niespotykany wcześniej stopień miniaturyzacji. Ta nowoczesna technologia dała w efekcie olbrzymi wzrost niezawodności i obniżenie kosztów produkcji sprawiając, że obecne maszyny wyposaża się w sterowniki PLC aby maszyny mogły pracować samoczynnie.
Automatyka to stosunkowo młoda dziedzina wiedzy zajmująca się zagadnieniami automatycznego sterowania procesów. Celem automatycznego sterowania jest możliwość ograniczenia lub wyeliminowania udziału człowieka w czynnościach związanych ze sterowaniem obiektów fizycznych. Ma ono także zasadnicze znaczenie w takich operacjach jak sterowanie ciśnieniem, temperaturą, wilgotnością i przepływem w przemyśle przetwórczym. Dzięki temu sterowanie automatyczne stało się ważną częścią nowoczesnych procesów produkcyjnych i przemysłowych.
Budowa sprzętowa sterownika programowalnego S7-300
Pierwszy układ regulacji automatycznej
Regulator Watta służył do stabilizacji prędkości obrotowej maszyny parowej. Oryginalną konstrukcję maszyny parowej wyposażonej w regulator Watta, wykonaną w 1765r, można oglądać w Londynie w Science Musem przy ulicy Exhibition Road.
Maszyna parowa wyposażona w regulator Watta.
Sterowanie, regulacja , zarządzanie
Sterowanie polega na celowym oddziaływaniu na przebieg procesu technologicznego w taki sposób aby zrealizowany został zamierzony przebieg procesu.
- Oddziaływane Ręczne to oddziaływanie prowadzone przez człowieka.
- Oddziaływanie Automatyczne to oddziaływanie prowadzone przez zespół środków technicznych zastępujących człowieka w czynnościach nadzoru i wpływania na przebieg procesu.
Sterowanie z ręczną regulacją
Układ sterowania ręczmego pieca opalanego gazem przedstawiono na rysunku 1.1.
Obowiązkiem człowieka nadzorującego pracę tego pieca jest kontrolowanie temperatury panującej wewnątrz pieca, porównanie temperatury mierzonej z temperatura zadaną, zwiększanie lub zmniejszanie dopływu gazu do pieca zależnie od tego czy zmierzona temperatura jest mniejsza bądź większa od pożądanej
Dopływ gazu do pieca regulowany jest zmianą położenia zaworu. Jeżeli temperatura mierzona niewiele różni się od temperatury pożądanej, zmiana położenia zaworu będzie niewielka. Po przestawieniu zaworu w nowe położenie człowiek nadzorując pracę pieca obserwuje wskazanie temperatury za pośrednictwem termometru. Jeżeli po upływie pewnego czasu temperatura w piecu będzie ciągle np. niższa niż pożądana, człowiek przeprowadzi następną zmianę położenia zaworu.
Jak widać, żeby podjąć decyzję o zmianie położenia zaworu, człowiek musi porównać:
- Temperaturę istniejącą w piecu z temperaturą pożądaną
- Rzeczywiste rezultaty zmian położenia zaworu z rezultatami oczekiwanymi
Sterowanie sterowania z automatyczną regulacją
Układ automatycznej regulacji pieca opalanego gazem przedstawiono na rysunku 1.2.
Temperatura w piecu jest mierzona termometrem ciśnieniowym. Zmiany temperatury powodują zmiany ciśnienia cieczy lub pary wypełniającej termometr. Zmiany ciśnienia są następnie przez mieszek sprężysty przetwarzane na przesunięcia dźwigni. Ponieważ odkształceniu mieszka przeciwdziała sprężyna, której ugięcie jest proporcjonalne do działającej siły, więc przesunięcia dźwigni są proporcjonalne do zmiany temperatury. Przy przesunięciu dźwigni zmienia się odległość między nią a dyszą, przez która wypływa powietrze. Zmiana odległości między dyszą a przysłoną powoduje zmiany ciśnienia w przestrzeni przed dyszą. Zmiany ciśnienia oddziałują za pośrednictwem siłownika membranowego na zawór doprowadzający gaz do pieca, powodując jego otwieranie przy zwiększaniu ciśnienia i przymykanie przy zmniejszaniu ciśnienia.
Porównując opisy działania układów sterowania ręcznego i sterowania automatycznego stwierdzimy, że w obu przypadkach występuję zależność stopnia otwarcia zaworu od wartości temperatury w piecu.
STEROWANIE UKŁADEM
Wiemy, że temperatura w piecu zależy od ilości dostarczanego opału (gazu), czyli od stopnia otwarcia zaworu. Tworzy się w ten sposób zamknięty krąg oddziaływań i mówimy, że regulacja temperatury odbywa się w układzie zamkniętym. Gdyby położenie zaworu było nastawione przez człowieka lub przez urządzenia, bez kontroli temperatury w piecu, mielibyśmy otwarty układ regulacji.
DEFINICJE
Układ pomiarowy mierzy wartość wielkości regulowanej. Sygnał wyjściowy stanowi dla układu regulacji informację jaka jest wartość rzeczywista, czyli wartość wielkości regulowanej.
Pomiar temperatury , pomiar siły, pomiar ciśnienia, pomiar położenia,
Regulator to centralne urządzenie układu sterowania zadaniem którego jest utrzymywanie wartości wielkości regulowanej możliwie zbliżonej do wartości zadanej, gwarantującej najkorzystniejszy przebieg procesu technologicznego. W regulatorze następuje porównanie wartości rzeczywistej z wartością zadaną (uchyb) i wytworzenie sygnału oddziałującego na obiekt w taki sposób, aby różnicę między wartością rzeczywistą a wartością zadaną sprowadzić do zera. Rolę regulatorów w nowoczesnych procesach produkcyjnych pełnią role sterowniki PLC.
uchyb –porównanie wielkości zadanej z wielkością regulowaną / pożądaną. Operacja matematyczna następuje w węźle sumacyjnym.
Obiekt sterujący służy do przenoszenia sygnału sterującego uformowanego w regulatorze na obiekt sterowania. Elementem wykonawczym może być zawór , siłownik, falownik.
Literatura
- Kostro J.: Elementy, układy i urządzenia automatyki. WSiP, 1998.