1. Schemat układu regulacji
Układ regulacji otwarty:
Układ regulacji zamknięty:
Układ regulacji składa się z elementu porównującego (sumator), regulatora, elementu wykonawczego (np. zawór, siłownik), obiektu sterowania oraz układu pomiarowego (n.p. czujnik,przetwornik).
Element porównujący oblicza różnicę między wartością sygnału zadanego w(t) a wartością sygnału zwrotnego v(t) otrzymaną poprzez układ sprzężenia zwrotnego z sygnału wyjściowego y(t)otrzymaną z układu pomiarowego w sterowanym obiekcie. Otrzymany w układzie sumującym sygnał e(t), zwany uchybem, jest przekazywany do regulatora, który przekształcając go w sygnał sterowania u(t) do elementu wykonawczego, który oddziałuje na obiekt podając sygnał na jego wejście u*(t) (tzw. wymuszenie). Na regulowany obiekt działać mogą zakłócenia .
2. Rodzaje układów regulacji
Sterowanie może odbywać się w różnych układach. W ogólności można wyróżnić trzy rodzaje układów sterowania:
• z otwartą pętlą sprzężenia czyli bez sprzężenia (tzw. układ otwarty)
• ze sprzężeniem w przód
• ze sprzężeniem zwrotnym czyli ze sprzężeniem w tył (tzw. układ zamknięty)
ü dodatnim
ü ujemnym;
ü od wyjścia obiektu sterowania (podejście częściej spotykane w klasycznej teorii sterowania, która operuje modelami wejścia-wyjścia) lub
ü od stanu obiektu sterowania (podejście wygodniejsze w nowoczesnej teorii sterowania, która operuje modelami stanów układu).
Sterowanie w układzie otwartym jest sensowne tylko wówczas gdy dla danych sygnałów sterujących możemy przewidzieć odpowiednio dokładnie powstające skutki sterowania. Takie sterowanie w wielu zastosowaniach jest skuteczne i wystarczające. W praktyce jednak na układ sterowania (sterowany obiekt i sterownik) oddziałują zakłócenia zewnętrzne, ponadto sam obiekt sterowany wykazuje pewną zmienność (przez co ewentualny jego opis albo model nie jest zwykle dokładny). Dlatego też aby poprawić skuteczność sterowania w takich warunkach wprowadza się do układu sprzężenie. Pewną poprawę sterowania (czasami wystarczającą) daje już sprzężenie w przód ale znacznie lepsze efekty przynosi zastosowanie sprzężenia zwrotnego (najczęściej jest to sprzężenie zwrotne ujemne).
Jednak wadą układów z ujemnym sprzężeniem zwrotnym jest konieczność pojawienia się zakłóceń na wyjściu sterowanego obiektu by zostały zauważone, następnie skompensowane przez regulator. Dlatego w przypadku mierzalnych sygnałów zakłóceń lepsze efekty daje, wraz z zamkniętą pętlą od wartości sterowanej, sterowanie w otwartej pętli od zakłóceń (sprzężenie w przód).
3. Stan ustalony, nieustalony
Stan nieustalony- może mieć charakter przejściowy; w teorii sterowania, stan dla którego w układzie występują zmiany sygnału wyjściowego; następuje do momentu ustalenia się wartości sygnału wyjściowego.
Stan ustalony- stan układu fizycznego, w którym opis tego układu jest niezależny od zmiennej czasu. Należy zwrócić uwagę, iż nie oznacza to braku ruchu, przepływu ciepła itp., a jedynie niezmienność tych wielkości w czasie. Stan ustalony jest stanem, dla którego w układzie nie występują już zmiany sygnału wyjściowego.
Dla układów stabilnych wartość sygnału wyjściowego w stanie ustalonym jest równa granicy z iloczynu zmiennej s, transformaty Laplace'a sygnału wejściowego i transmitancji zastępczej układu, przy s dążącym do zera. Jest to tzw. twierdzenie o wartości granicznej.
4. Uchyb
Uchyb ustalony − w układzie regulacji jest to różnica między wartością zadaną sygnału oraz wartością sygnału wyjściowego w stanie ustalonym.
Np. ustalając temperaturę w pomieszczeniu na wartość 15°C otrzymujemy, w stanie ustalonym, temperaturę różną od temperatury zadanej np. 14,5 °C
Uchyb regulacji - w układzie regulacji z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, różnica między wartością zadaną sygnału SP a wartością sygnału wyjściowego z obiektu regulacji czyli: e(t) = x(t) - y(t)
5. Regulacja dwupołożeniowa
Regulacja dwupołożeniowa jest jedną z najprostszych. Jest to ten typ regulacji, z którym spotykamy się np. w termostatach i lodówkach.W układach regulacji tego typu zadania regulatora spełnia przekaźnik dwupołożeniowy, za pośrednictwem którego następuje załączanie lub wyłączanie odpowiedniego obwodu w obiekcie regulowanym (np. włączenie lub wyłączenie grzejnika w termostacie). Taki sposób działania regulatora powoduje stałe periodyczne wahania wielkości regulowanej. W praktyce przemysłowej regulację dwupołożeniową stosuje się najczęściej w układach automatycznej regulacji temperatury. Nie jest to jednak bynajmniej jedynadomena zastosowania tego typu regulacji. Regulacja dwupołożeniowa znajduje np. również zastosowanie w układach automatycznej regulacji napięcia generatorów elektrycznych (przekaźniki Tirrilla) lub kąta skręcenia rakiet (spoilery).
6. Jakość i dokładność regulacji.
Jakość układu regulacji ocenia się za pomocą wskaźników jakości przebiegu wielkości regulowanej.
§ Wskaźniki dokładności statycznej układów
§ Wskaźniki zapasu stabilności (odległość od granicy stabilności układu)
§ Wskaźniki szybkości działania (szybkość reagowania układu na wymuszenia)
§ Wskaźniki całkowe (są oceną jednoczesną wartości uchybu regulacji w stanie ustalonym i szybkości działania układu)
Dokładność statyczna jest tym lepsza, im większe wzmocnienie statyczne transmitancji układu otwartego G(s) i im większa jest liczba integratorów obejmowanych przez tę transmitancję.
7. Prawa logiki
Układy przełączające mogą być budowane z wykorzystaniem elementów logicznych, tj. elementarnych układów realizujących podstawowe funkcje logiczne:
-
§ negacja (zaprzeczenie, NOT): y =x
§ suma (lub, OR): y = x1 ˅ x2
§ iloczyn (i, AND): y = x1 ˄ x2
8. Układy sekwencyjne i kombinacyjne
Są to układy przełączające.
q układy kombinacyjne – to układy przełączające, w których wartości wyjść są funkcją wyłącznie sygnałów wejściowych, tzn. nie zależą od czasu (stanów przeszłych);
q układy sekwencyjne – to układy przełączające, w których wartości wyjść zależą także od stanów przeszłych układu (stanów wyjść).
9. Schemat drabinkowy
Podstawowe elementy diagramu drabinkowego
Diagram drabinkowy jest w istocie wirtualnym układem elektrycznym (stycznikowym) złożonym z elementów przedstawionych w tab. II.1. Elementy łączy się wirtualnymi przewodami elektrycznymi na wyświetlaczu sterownika lub na ekranie komputera pełniącego rolę programatora. Dwie pionowe linie diagramu drabinkowego (rys.II.3) symbolizują przewody elektryczne z napięciem sterowniczym (np. linia lewa – 24V, linia prawa – 0V).
Przekaźniki wejściowe sterowników PLC (w skrócie wejścia) przeznaczone do podłączania sygnałów dyskretnych oznaczane są typowo dużą literą I (z ang. Input – wejście), po której widnieje numer kolejny wejścia, np. I0, I1, I2, ... I9, Ia, Ib, ... If. Oznaczenia a, b, c ... f są notacją liczb 10, 11, 12 ... 15 w systemie szesnastkowym. Niektórzy producenci urządzeń stosują konwencję oznaczeń ze znakiem „%”: %I0, %I1, %I2, ...
Na rys.II.1. przedstawiono układy wejściowe wewnątrz sterownika w postaci przekaźników elektrycznych (In). W rzeczywistości stosuję się tam układy półprzewodnikowe (transoptory) jednak takie ich przedstawienie ułatwia zrozumienie działa wejść sterownika.
10. Funkcje przełączające
11. Budowa sterownika PLC
Jednostka centralna – CPU wraz z pamięcią – podejmuje decyzje i wykonuje funkcje sterowania bazując na instrukcjach programowych zawartych w pamięci. Moduł wejść– wejścia występują w wielu typach sygnałów – cyfrowych lub analogowych pochodzących z urządzeń wejściowych; są przetwarzane do postaci sygnałów logicznych zrozumiałych dla CPU. Moduł wyjść– wyjścia przetwarzają funkcje sterowania z CPU do takiej postaci sygnałów (cyfrowych lub analogowych), które mogą być użyte do sterowania rozmaitych urządzeń
(elementów wykonawczych).
Programator – urządzenie do zaprogramowania sterownika – wpisania instrukcji programowych, które określają
co powinien wykonać PLC przy określonym stanie wejść
Interfejs operatorski – umożliwia wyświetlanie informacji procesowych i wprowadzanie nowych parametrów kontrolnych (panele przyciskowe, dotykowe, semigraficzne, mulitpanele).
12. Zasada działania sterownika PLC
Praca PLC polega na monitorowaniu stanu wejść, podejmowaniu decyzji w oparciu o program użytkownika oraz sterowaniu wyjściami podczas automatycznej realizacji procesów technologicznych.
Sterownik PLC wyposażony jest w zestaw wejść, do których przyłączane są dyskretne (dwustanowe) sygnały elektryczne. Analogicznie jak w przypadku przełączających układów stycznikowych źródłem tych sygnałów mogą być: styki przycisków sterowniczych, wyłączniki drogowe ruchomych części maszyn, sygnalizatory graniczne (poziomu, termiczne, ciśnienia) itp. Sterownik przetwarza te sygnały zgodnie z wirtualnym algorytmem (układem przełączającym) zapisanym w jego pamięci i udostępnia rezultaty poprzez swoje wyjścia, którymi na ogół są styki przekaźników elektrycznych wewnątrz sterownika. Do zacisków styków wyjściowych sterownika podłączane są z reguły urządzenia wykonawcze, np. silniki, elektrozawory, grzejniki, klimatyzatory, oświetlenie itp.
buziaczek154225