Elementi automatizacije procesa PDF

Preview

Summary

1 Klasifikacija uređaja kojima se ostvaruje automatizacija Elementi automatizacije procesa: • izvršni uređaji (aktuatori) (uređaji koji direktno djeluju na proces) – istosmjerni, izmjenični i koračni motori – tiristorska i tranzistorska pojačala snage – pneumatski i hidraulički motori – pneumatski i...

Description

1 Klasifikacija uređaja kojima se ostvaruje automatizacija Elementi automatizacije procesa: • izvršni uređaji (aktuatori) (uređaji koji direktno djeluju na proces) – istosmjerni, izmjenični i koračni motori – tiristorska i tranzistorska pojačala snage – pneumatski i hidraulički motori – pneumatski i hidraulički razvodnici – regulacijski ventili • mjerni uređaji (senzori) (“osjetila” sustava upravljanja) – mjerni detektori za položaj, pomak, ugao, brzinu, silu, temperaturu, nivo, pritisak i protok • ostali elementi sustava automatskog upravljanja

Struktura sistema automatskog upravljanja sa osnovnim elementima

Mjerni uređaji Statičko i dinamičko ponašanje upravljačkih i regulacionih sistema iziskuje dobijanje neophodnih informacija o procesima, kao i o pogonskim veličinama i stanjima. Tehnička realizacija ovih zadataka omogućena je mjernim uređajima ili tzv. informacionim organima. Ukoliko je potrebno mjeriti više veličina istovremeno, primjenjujemo konvencionalne mjerne sisteme i sisteme, programabilne u toku eksploatacije zasnovane na digitalnoj tehnici instrumentacije. Bitno je istaći izuzetno veliki značaj mjerne tehnike i razvoj nauke o mjerenjima jer je to osnova sistemskog djelovanja svakog industrijskog procesa. Kontrola toka procesa, kontrola kvaliteta proizvodnje, željeno vođenje i usmjeravanje je nezamislivo bez primjene mjerne tehnike.

1

2 U tom smislu zadatak realizacije ovako postavljenog cilja u vođenju procesa proizvodnje postavlja pred projektanta i korisnika sljedeća pitanja: - šta je cilj mjerenja? - metod i način kojim je mjerenje izvršeno? - kakav je rezultat i tačnost mjerenja? - kakva je brzina odziva mjernog uređaja? Ova pitanja, znači, postavljaju se uvijek kod sistema automatizacije na informacije koje predstavljnju podatke o stanju upravljačkog sistema, odnosno, regulacijskog objekta, o njegovom zahtijevanom stanju, o poremećajnim dejstvima i rezultatima djelovanja upravljačkih dejstava. Tako se funkcija mjernog uređaja može jasno uočiti iz blok dijagrama regulacionog sistema koji se sastoji od tri osnovna elementa: - mjerni uređaj - upravljački uređaj - regulator - izvršni organ, koji pripojeni objektu regulacije obrazuju regulacioni sistem. Mjerni član Mjeriti neku veličinu znači najprije najprije odabrati najpovoljniji sistem mjerenja a zatim mjerenu veličinu uporediti sa vrijednosti istorodne veličine koja je uzeta za jedinicu mjerenja. Za ostvarenje ovog zadatka mjerne tehnike u industriji, energetici i rudarstvu koristi se uglavnom neelektrični i električni sistemi identifikacije mjernih veličina. Mjerni član koji se sastoji iz: - mjernog davača - osjetila - mjernog pretvarača ima zadatak da mjeri - osjeti regulisanu veličinu i da je prenese na dalju obradu.

Sl. 1. Osnovni logički blok-dijagram regulacije sa mjernim uređajima

2

3

Senzori i mjerni elementi

Funkcija mjernog pretvarača je da dobijeni signal pretvori tako da je i po signalnom području (npr. pritisak 6 - 10 bara pretvori u dijapazon vrijednosti pritiska od 0,2 - 1 bar) i po fizikalnom mediju (npr. da pretvori toplotne veličine u električne) te po karakteru signala (npr. da pretvori analogne signale u digitalne), prilagođen za daljnju obradu u regulacionom krugu. Iz zahtjeva da se procesom mjerenja ne smije mnogo remetiti regulisana veličina na izlazu iz staze, proizilazi da energija mjernog signala mora da bude općenito mala. Iz ovog razloga često se kao dio mjernog člana ugrađuje i mjerno pojačalo koje pojača mjerni signal tako da je iznad uticaja smetnji. Aka je regulacijski član, kao što je slučaj kod mnogih procesnih, energetskih i rudarskih postrojenja, udaljen od mjesta mjerenja i zahvata u stazu, onda se mora izvesti daljinski prijenos signala. U principu, možemo mjerne uređaje podijeliti na dvije grupe: - klasične mjerne uređaje - senzorske mjerne uređaje koji pored prethodno datih osnovnih elemenata mogu da sadrže i funkcije filtriranja, balansiranja, korekcije linearnosti i td. Za razliku od klasičnog mjernog uređaja iz baznog senzora i obrade mjernih signala (hardver i softver) nastaje senzorski sistem različitog stepena složenosti. Osnovne karakteristike mjernih uređaja U cilju definisanja mjernog opsega, vladanja i uslova primjene mjernih uređaja potrebno je definisati bitne karakteristike prema kojima ih onda ocjenjujemo i primjenjujemo. Svrstavamo ih u sljedeće grupe: - ulazne karakteristike - izlazne karakteristike - prenosne karakteristike - sklad sa okolinom i - pouzdanost. Ulazne karakteristike se mogu svesti na ulaznu mjernu veličinu, mjerno pdručje i mjerni opseg.

3

4

- mikroprocesor - analogno - digitalni pretvarač Sl. 2. Senzorski mjerni sistem sa mikroprocesorskom obradom mjernih signala

Izlazne karakteristike obuhvataju: - mjerni signal - područje mjernog signala - vrste mjernog signala - izlaznu impedansu i - šum Izlaznu impedansu definišemo kao vladanje (ponašanje) mjernog uređaja povezanog sa idućim stepenom mjernog sistema, tj. kad je opterećen. Pojam impedansa izražava zavisnost sinusno promjenjive veličine (npr. napona, pritiska, sile) i druge pridružene veličine (npr. struje, brzine) koja je posljedica njena djelovanja. Stvarna vrijednost mjernog signala bit će primjerenija idealnoj vrijednosti mjernog signala što je bolji sklad vrijednosti izlazne impedanse mjernog uređaja i impedanse opterećenja, tj. ulazne impedanse idućeg stepena. Prenosne karakteristike mjernih uređaja mogu biti statičke i dinamičke. Statičke karakteristike odnose se na uređaje koji se koriste za mjerenje veličina koje se ne mijenjaju vremenorn. Pred mjerne davače se uvijek postavlja zahtjev da izmjereni signal bude uvijek direktno proporcionalan fizikalnoj veličini koja se mjeri.

U tom smislu kod stacionarnih režima rada mjernih uređaja posebnu pažnju treba posvetiti sljedećim karakteristikama: Tačnost .................................... Statička greška Ponovljivost ............................. Drift Osjetljivost ............................... Mrtva zona Linearnost ................................ Rezolucija Karakteristike sa lijeve strane su poželjne dok su one na desnoj nepoželjne.

4

5 Prenosne karakteristike mjernih uređaja Mjerni davači odnosno senzori i mjerni pretvarači kriju u sebi određen stepen netačnosti odnosno „greške“ tako da u nauci i inženjerskoj praksi imamo pojam stvarne statičke karakteristike koja odstupa od idealne ili teorijske statičke karakteristike. Tako se može definisati greška mjernog davača - pretvarača kao algebarska razlika izmjerene - pokazane vrijednosti i teorijske vrijednosti mjerene veličine. Postupak određivanja statičke karakteristike putem eksperimenta naziva se u inženjerskoj praksi baždarenjem odnosno kalibriranjem. U tom smislu ovaj postupak baždarenja odvija se često po slijedećim fazama: - istražuje se način i princip djelovanja mjernog davača - pretvarača uz određivanje i ostalih uticajnih ulaznih veličina osim mjerene veličine, - selekcija ulaznih veličina sa ciljem određivanja onih koje bitno utiču na rad mjernog uređaja sa aspekta predviđene primjene, - selekcija i izbor opreme kojom će se odabrane ulazne veličine moći prema potrebi mijenjati unutar određenog područja ili držati konstantnim, - statička zavisnost izlazne od ulazne veličine dobije se održavanjem jednih ulaznih veličina na stalnoj vrijednosti uz promjenu vrijednosti drugih. Pri ovome je omogućena registracija vrijednosti izlaznih veličina. Linearnost Ova osobina mjernih uređaja definiše podudarnost stvarne statičke karakteristike u odnosu na usvojeni referentni (idealni) pravac koji prolazi kroz krajnje tačke mjernog opsega. Ovim je definisana tzv. teorijska linearnost za razliku od drugih definicija linearnosti kao što su rubna, krajevna i nezavisna linearnost. Ponovljivost Osobinu rnjernog uređaja da pri stalnim radnim uslovima daje jednake vrijednosti izlazne veličine pri uzastopno ponovljenim mjerenjima jedne te iste vrijednosti mjerene veličine, označavamo kao ponovljivost. Dinamičke karakteristike mjernih uređaja Usljed mehaničke, termičke, hidrauličke ili električne inercije odziv mjernog uređaja nije trenutan, već se javlja sa određenim vremenskim kašnjenjem. U sistemima upravljanja i regulacije mjerni uređaji su namijenjeni identifikaciji mjernih veličina koje se mijenjaju sa vremenom tako da nam se nameće pojam mjerena varijabla u analizi dinamičkog ponašanja mjernog uređaja. U tom smislu prelazna stanja mjernih uređaja su mnogo značajnija u sistemima upravljanja i regulacije u odnosu na statičko ponašanje. Pri određivanju dinamičkog ponašanja mjernih davača obično na dejstvu odskočne, nagibne i sinusne funkcije možemo uočiti slijedeće pozitivne, odnosno, negativne karakteristike: Brzina odziva ........................ Vremensko kašnjenje Vjernost .................................. Dinamička greška Iz prethodnog se može uočiti da su veličine na lijevoj strani poželjne a na desnoj nepoželjne. Pod pojmom vjernost se podrazumijeva stepen sa kojim mjerni uređaj pokazuje promjene mjerene veličine bez dinamičke greške. Isto tako definiramo dinamičku grešku kao razliku između stvarne vrijednosti mjerene veličine i vrijednosti koju pokazuje mjerni uređaj uz pretpostavku da ne postoji statička greška.

5...