Sterowanie automatyką elektryczną: warunki kontroli przemysłowej, warunki dotyczące oprzyrządowania i pomiarów
Sterowanie automatyką elektryczną: warunki kontroli przemysłowej, warunki oprzyrządowania i pomiarów
Kontrola przemysłowa
Zamknięte – sterowanie pętlą
Sterowanie w pętli zamkniętej, będące podstawową koncepcją teorii sterowania, różni się od sterowania w pętli otwartej tym, że sterowane wyjście jest podawane z powrotem do wejścia, aby wpłynąć na sterowanie. Ten mechanizm sprzężenia zwrotnego umożliwia powrót sygnału wyjściowego do wejścia poprzez „łańcuch boczny”, umożliwiając wejściu przejęcie kontroli nad sygnałem wyjściowym. Podstawowym celem regulacji w pętli zamkniętej jest osiągnięcie regulacji opartej na sprzężeniu zwrotnym.
Punkty we/wy
Termin często używany w systemach sterowania, punkty we/wy odnoszą się do punktów wejścia/wyjścia. Wejścia to parametry pomiarowe z przyrządów wchodzących do układu sterowania, natomiast wyjścia to parametry sterujące przesyłane z układu do elementów wykonawczych. Skalę systemu sterowania często definiuje się na podstawie maksymalnej liczby punktów we/wy, jakie może on obsłużyć.
Wielkości analogowe i przełączające
W układach sterowania parametrami mogą być wielkości analogowe lub przełączające. Wielkości analogowe to stale zmieniające się wartości w określonym zakresie, takie jak temperatura lub ciśnienie. Jednakże wielkości przełączające mają tylko dwa stany, takie jak stany włączenia/wyłączenia przełącznika lub przekaźnika.
Pętla sterująca
W przypadku sterowania analogowego sterownik dostosowuje moc wyjściową w oparciu o dane wejściowe przy użyciu określonych zasad i algorytmów, tworząc pętlę sterowania. Pętle sterujące mogą mieć charakter otwarty lub zamknięty. Sterowanie w pętli zamkniętej lub sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym to najpopularniejszy typ, w którym sygnał wyjściowy jest przesyłany z powrotem do wejścia w celu porównania z wartością ustawioną.
Dwa - Kontrola pozycji
Najprostsza forma sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, znana również jako sterowanie przełącznikiem. Wyzwala sygnał przełączający, gdy zmierzona wartość osiągnie maksimum lub minimum. Chociaż zmierzona wartość może być analogowa, wyjście sterujące jest cyfrowe. Metoda ta jest powszechnie stosowana w przemysłowych termoregulatorach i przełącznikach poziomu.
Sterowanie proporcjonalne
Sygnał wyjściowy regulatora jest proporcjonalny do odchylenia wartości mierzonej od wartości zadanej lub punktu odniesienia. Sterowanie proporcjonalne zapewnia płynniejszą regulację niż sterowanie dwupozycyjne i eliminuje problemy z oscylacjami związane ze sterowaniem dwupozycyjnym.
Zintegrowana kontrola
W sterowaniu integralnym zmiana kontrolowanej zmiennej jest związana z czasem potrzebnym, aby sygnał wyjściowy układu sterowania stał się skuteczny. Moc siłownika stopniowo osiąga zadaną wartość. Ta metoda kontroli jest powszechnie stosowana w systemach kontroli temperatury.
Kontrola instrumentów pochodnych
Sterowanie różniczkowe jest zwykle stosowane w połączeniu ze sterowaniem proporcjonalnym i całkującym. Pozwala systemowi sterującemu szybciej reagować na odchylenia, zapobiegając powolnym reakcjom systemu. Wraz ze sterowaniem proporcjonalnym i całkującym pomaga regulowanej zmiennej szybciej osiągnąć stabilny stan bez oscylacji.
Sterowanie PID
W zależności od specyficznych wymagań systemu sterowania, metodami sterowania mogą być sterowanie P (proporcjonalne), PI (proporcjonalne – całkujące), PD (proporcjonalne – różniczkujące) lub PID (proporcjonalne – całkujące – różniczkujące). Regulacja PID jest najpopularniejszym trybem regulacji w układach sterowania.
Kontrola opóźnień
* Powszechnie stosowane w zastosowaniach związanych ze sterowaniem przełączaniem, sterowanie opóźnieniem wprowadza opóźnienie czasowe pomiędzy zmianą stanu przełącznika a działaniem wyjściowym sterownika. Na przykład na liniach produkcyjnych przełączniki zbliżeniowe często wymagają kilkusekundowego opóźnienia przed rozpoczęciem pracy kolejnego walca po ustawieniu przedmiotu obrabianego.
Sterowanie blokadą
* Często używane w scenariuszach sterowania przełączaniem, sterowanie blokadą ustanawia relacje między przełącznikami. Na przykład przełącznik C można aktywować tylko wtedy, gdy oba przełączniki A i B są otwarte, lub przełącznik C musi się otworzyć, gdy otwiera się przełącznik A. Sterowanie blokadą jest powszechne w zastosowaniach krytycznych dla bezpieczeństwa, takich jak zawór odpowietrzający w reaktorze, który musi otworzyć się natychmiast, gdy ciśnienie osiągnie określony poziom.
Sterowanie elektryczne
* Odnosi się do systemów sterowania, w których sygnał wyjściowy jest uzyskiwany za pomocą wielkości elektrycznych lub sygnałów elektronicznych i dotyczy elementów napędzanych elektrycznie, takich jak przekaźniki, zawory elektromagnetyczne i serwonapędy. Większość automatycznych systemów sterowania zawiera elektryczne elementy sterujące.
Sterowanie hydrauliczne
* Hydrauliczne układy sterowania są stosowane w operacjach maszyn i urządzeń, szczególnie w zastosowaniach związanych z ciągłą kontrolą prędkości. Sterowanie hydrauliczne jest często łączone z elektrycznym sterowaniem serwomechanizmem, tworząc wysoce wydajne i precyzyjne siłowniki elektrohydrauliczne.
Sterowanie pneumatyczne
* Pneumatyczne systemy sterowania są stosowane w różnych scenariuszach. Wykorzystują sprężone powietrze jako źródło zasilania do przesyłania lub uruchamiania sygnału. Sprężone powietrze jest szeroko stosowane w fabrykach ze względu na jego dostępność, czystość, bezpieczeństwo i prostą funkcjonalność sterowania, dzięki czemu narzędzia pneumatyczne są powszechne na wielu liniach produkcyjnych.
Interpolacja
* Interpolacja to proces, podczas którego system CNC obrabiarki określa ścieżkę narzędzia przy użyciu określonej metody. Polega na obliczeniu punktów pośrednich między znanymi punktami danych na krzywej, co jest również znane jako „zagęszczenie punktów danych”. System CNC generuje wymaganą trajektorię konturu poprzez zagęszczenie danych pomiędzy punktem początkowym i końcowym segmentu programu.
Pętle położenia, prędkości i prądu
* Koncepcja pętli obejmuje wykorzystanie informacji zwrotnych w celu zwiększenia stabilności i wydajności systemów aplikacji.
* Sterowanie pętlą prądową ma na celu regulację napięcia poprzez wykorzystanie transmisji sygnału prądowego w celu kompensacji strat, spadków napięcia i szumów podczas przesyłania napięcia.
* Zależność prędkości od położenia opiera się na wzorze: droga = prędkość × czas. Ciągła zmiana prędkości w pewnym przedziale czasu skutkuje całką prędkości w tym przedziale, która odpowiada przebytej odległości (pozycji).
* Zależność pomiędzy prędkością i prądem jest określona przez: prędkość = przyspieszenie × czas. Przyspieszenie zależy od przyłożonego prądu, a całka przyspieszenia w przedziale czasu daje prędkość chwilową.
* W trybie kontroli momentu obrotowego serwomotor obraca się z ustawionym momentem obrotowym, utrzymując stałą moc wyjściową z pętli prądowej. Jeśli zewnętrzny moment obciążenia jest równy lub większy od ustawionego wyjściowego momentu obrotowego silnika, wyjściowy moment obrotowy silnika pozostaje stały, a silnik podąża za ruchem obciążenia. I odwrotnie, jeśli zewnętrzny moment obciążenia jest mniejszy niż ustawiony wyjściowy moment obrotowy silnika, silnik kontynuuje przyspieszanie, aż osiągnie maksymalną dozwoloną prędkość silnika lub przemiennika, w którym to momencie zostanie wyzwolony alarm i silnik się zatrzyma.
* W trybie prędkości ustawiana jest prędkość silnika, a sprzężenie zwrotne prędkości z enkodera silnika tworzy układ sterowania w zamkniętej pętli. Celem jest zapewnienie, że rzeczywista prędkość serwomotoru odpowiada ustawionej prędkości.
* Wyjście sterujące pętli prędkości służy jako wartość zadana momentu obrotowego – prądu trybu – pętli momentu obrotowego. W trybie sterowania położeniem wartość zadana położenia dostarczona przez komputer główny i sygnał sprzężenia zwrotnego położenia z enkodera silnika lub sygnał zwrotny bezpośredniego pomiaru położenia z urządzenia są porównywane, tworząc pętlę położenia. Dzięki temu serwomotor przejdzie do ustawionej pozycji. Sygnał wyjściowy pętli położenia jest podawany do pętli prędkości jako wartość zadana pętli prędkości. Zatem tryb sterowania momentem wykorzystuje pętlę sterowania prądem jako najbardziej podstawową warstwę. Pętla sterowania prędkością zbudowana jest na pętli sterowania prądem, a pętla sterowania położeniem zbudowana jest zarówno na pętli sterowania prędkością, jak i prądem.
Warunki dotyczące oprzyrządowania i pomiarów
Zasięg
Ciągły przedział wielkości określonej przez górną i dolną granicę.
Zakres pomiarowy
Zakres mierzonych wartości, dla którego przyrząd może osiągnąć określoną dokładność.
Dolna granica zakresu pomiarowego: Minimalna zmierzona wartość, dla której przyrząd może osiągnąć określoną dokładność.
Górna granica zakresu pomiarowego: Maksymalna zmierzona wartość, dla której przyrząd może osiągnąć określoną dokładność.
Rozpiętość
Algebraiczna różnica między górną i dolną granicą zakresu. Na przykład, jeśli zakres wynosi od -20°C do 100°C, zakres wynosi 120°C.
Charakterystyka wydajności
Parametry definiujące funkcję i możliwości instrumentu oraz ich wyrażenia ilościowe.
Referencyjna charakterystyka wydajności: Charakterystyka wydajności osiągnięta w referencyjnych warunkach pracy.
Skala liniowa
Skala, w której odstępy między podziałkami skali i odpowiadającymi im wartościami zmierzonymi pozostają w stałej proporcjonalności.
Skala nieliniowa
Skala, w której odstępy między podziałkami skali i odpowiadającymi im wartościami mierzonymi pozostają w niestałej relacji proporcjonalnej.
Stłumione – skala zerowa
Skala, w której zakres skali nie obejmuje wartości skali odpowiadającej wartości zerowej wielkości mierzonej.
Rozszerzona skala
Skala, w której nieproporcjonalną część długości skali zajmuje rozszerzona część skali.
Skala
Zestaw uporządkowanych znaczników skali i związanych z nimi liczb, które stanowią część urządzenia wskazującego.
Zakres skali
* Zakres określony przez wartości początkowe i końcowe skali.
Znak skali
* Znak na urządzeniu wskazującym odpowiadający jednej lub większej liczbie określonych zmierzonych wartości.
Znak skali zerowej
* Znak skali lub linia na skali odpowiadająca wartości zerowej mierzonej wielkości.
Podział Skali
* Część skali pomiędzy dowolnymi dwoma sąsiednimi znacznikami skali.
Wartość podziału skali
* Różnica pomiędzy zmierzonymi wartościami odpowiadająca dwóm sąsiednim znacznikom skali.
Odstępy między podziałami skali
* Odległość pomiędzy liniami środkowymi dowolnych dwóch sąsiednich znaczników skali na długości skali.
Długość skali
* Długość odcinka linii, rzeczywistego lub urojonego, przechodzącego przez środki wszystkich najkrótszych znaczników skali pomiędzy początkowym i końcowym znacznikiem skali.
Skaluj wartość początkową
* Zmierzona wartość odpowiadająca znacznikowi skali początkowej.
Wartość końcowa skali
* Zmierzona wartość odpowiadająca końcowemu znacznikowi skali.
Numeracja skali
* Zbiór liczb na skali odpowiadający wartościom mierzonym, określony przez znaczniki skali lub wskazujący kolejność znaków skali.
Zero przyrządu pomiarowego
* Bezpośrednie wskazanie przyrządu pomiarowego, gdy zostanie wykorzystana cała energia pomocnicza potrzebna do jego działania, a wartość mierzona wynosi zero.
* W przypadkach, gdy przyrząd pomiarowy korzysta z zasilania pomocniczego, termin ten jest zwykle określany jako „zero elektryczne”.
* Kiedy przyrząd nie pracuje z powodu braku energii pomocniczej, często używany jest termin „zero mechaniczne”.
Stała instrumentu
* Współczynnik, przez który należy pomnożyć bezpośrednie wskazanie przyrządu pomiarowego, aby otrzymać zmierzoną wartość.
Krzywa charakterystyczna
* Krzywa pokazująca funkcjonalną zależność pomiędzy ustaloną wartością wyjściową przyrządu i jedną wielkością wejściową, przy wszystkich innych wielkościach wejściowych utrzymywanych na określonych stałych wartościach.
Określona krzywa charakterystyczna
* Krzywa pokazująca funkcjonalną zależność pomiędzy ustaloną wartością wyjściową przyrządu i jedną wielkością wejściową w określonych warunkach.
Regulacja
* Czynności przeprowadzone w celu zapewnienia normalnego stanu roboczego przyrządu i wyeliminowania odchyleń w celu prawidłowego użytkowania.
* **Regulacja użytkownika**: Regulacje, które może wykonać użytkownik.
Kalibracja
* Operacja polegająca na ustaleniu, w określonych warunkach, zależności pomiędzy wartościami wskazanymi przez przyrząd lub system pomiarowy, a odpowiadającymi im znanymi wartościami mierzonej wielkości.
Krzywa kalibracyjna
* Krzywa pokazująca zależność pomiędzy zmierzoną wielkością a rzeczywistą zmierzoną wartością przyrządu w określonych warunkach.
Cykl kalibracji
* Kombinacja krzywej kalibracji w górę i krzywej kalibracji w dół pomiędzy granicami zakresu kalibracji przyrządu.
Tabela kalibracji
* Tabelaryczne przedstawienie krzywej kalibracji.
Identyfikowalność
* Właściwość wyniku pomiaru, którą można powiązać z odpowiednimi normami (zwykle międzynarodowymi lub krajowymi) poprzez nieprzerwany łańcuch porównań.
Czułość
* Iloraz zmiany sygnału wyjściowego przyrządu i odpowiadającej mu zmiany wielkości wejściowej.
Dokładność
* Stopień zgodności wskazania przyrządu z rzeczywistą wartością mierzonej wielkości.
Klasa dokładności
* Klasyfikacja przyrządów ze względu na ich dokładność.
Granice błędu
* Maksymalny dopuszczalny błąd przyrządu określony w normach lub specyfikacjach technicznych.
Podstawowy błąd
* Błąd instrumentu w warunkach odniesienia.
Zgodność
* Stopień zgodności pomiędzy krzywą standardową a określoną krzywą charakterystyczną (taką jak linia prosta, krzywa logarytmiczna, krzywa paraboliczna itp.).