MĚŘICÍ A ŘÍDICÍ TECNIKA pro posluchače 1. ročníku magisterského studia FTOP Výuku zajišťují: ÚSTAV FYZIKY A MĚŘICÍ TECNIKY ÚSTAV POČÍTAČOVÉ A ŘÍDICÍ TECNIKY Přednášk: Ing. Ladislav Fišer, Ph. D. budova B, m.č. 307a Ing. Iva Nachtigalová, Ph. D. budova A, m.č. 330C Náplň dnešní přednášk: Účel předmětu Měřicí a řídicí technika Úkol měření a řízení v technické praxi Základní pojm z měření a regulace Označování měřicích a řídicích obvodů v blokových schématech v technologických schématech 1 3 Účel předmětu posktnout základní znalosti z oboru automatického řízení technologických procesů připravit inženýra - technologa pro účelnou spolupráci s odborníkem pro měření a regulaci Úkol měření a řízení (obecně): získání informací o procesu přenos a zpracování informací řízení procesu cílevědomé působení na řízený objekt Úkol provozního měření: získání informací pro řízení procesu kontrola kvalit surovin, produktů či meziproduktů provozní bilanční měření informace pro zajištění spolehlivé funkce zařízení a bezpečnosti provozu shromažďování informací pro analýzu procesu (např. analýza příčin havárie) 4 5 Úkol řízení: Technické prostředk automatické najíždění a odstavování procesu stabilizace parametrů procesu optimalizace procesu zabezpečení při havarijních stavech umožnění zásahu operátora návaznost na všší úroveň řízení 6 Pro získání a přenos informací o procesu: analogové měřicí přístroje číslicové měřicí přístroje inteligentní měřicí převodník počítačem podporovaný měřicí sstém Pro řízení procesu: klasické logické obvod a programovatelné logické automat řídicí počítače 7
Probíraná témata: úvod (termín, zvklosti, smbolika) měření technologických veličin skladba měřicího řetězce měření tlaku měření teplot měření průtoku měření hladin měření koncentrace Probíraná témata: popis vlastností řízených sstémů modelování a simulace samočinná regulace logické řízení řízení počítačem informační a řídicí počítačové sstém 8 9 Základní pojm z měření a regulace Regulační obvod regulovaná Blokové schéma regulačního obvodu regulovaná Regulovaná zařízení, ve kterém probíhá technologický proces zařízení, na kterém se provádí regulace Regulátor zařízení, které uskutečňuje regulaci 10 _ 11 Zásad kreslení blokových schémat Signál u u - veličina vstupní nositelem informace je signál signál se šíří jednosměrně -směr šíření označuje šipka -veličina výstupní 12 je nositelem informace reprezentuje nehmotnou zprávu šířící se obvodem je představován určitou fzikální veličinou, jejíž hodnota je informačním parametrem signálu při průchodu obvodem signál může měnit svou fzikální podstatu; přenášená informace však zůstává zachována Př 13
Pravidla pro rozvětvení a součet signálů Blokové schéma regulačního obvodu Rozvětvení signálu x x x x 1 Součet a rozdíl signálu x 1 x 2 x 2 v z 1 z 2 akční člen regulovaná ústřední člen u e měřicí člen w = x 1 + x 2 = x 1 - x 2 Cíl regulace odstranit (minimalizovat) regulační odchlku 14 15 Základní pojm veličina regulovaná (regulovaná proměnná) je výstupní veličinou soustav její okamžitou hodnotu v měřicím místě zjišťuje čidlo u veličina řídicí w (referenční proměnná) její hodnota určuje požadovanou hodnotu veličin regulované veličina poruchová - z každá veličina, jejíž změna způsobí změnu regulované veličin může působit na kterýkoli člen regulačního regulační odchlka - e rozdíl mezi požadovanou a okamžitou hodnotou regulované veličin (e = w - ) vzniká v porovnávacím členu je vstupní veličinou do ústředního členu u veličina akční v (akční proměnná) je výstupní veličinou u jejím působením na regulovanou soustavu se uskutečňuje regulace obvodu nejčastěji na regulovanou soustavu 16 17 Řízení je působení řídicího členu na řízený člen společný název pro ovládání a regulaci Ovládání řízení s otevřenou smčkou řízení bez zpětné kontrol měřením Regulace udržování hodnot regulované veličin podle daných podmínek a podle měřených hodnot regulované veličin regulační obvod se zápornou zpětnou vazbou 18 TRC Značk měřicích a řídicích obvodů pro technologická schémata přístroj (čidlo, snímač, převodník) tenká čára určuje připojení přístroje k technologickému zařízení elipsa se užívá pro rozsáhlejší písmenový kód přístroj umístěný na panelu do horní polovin značk se píše písmenný kód do dolní polovin identifikační číslo 19
Písmenný kód druh sledované veličin - první písmeno smbol pro název veličin: např. T (teplota), P (tlak), F (průtok), L (hladina), Q (složení, koncentrace), K (čas)... přídavná písmena d (rozdíl) nebo f (poměr) způsob zpracování informace - druhé písmeno ukazování - I TRC LITA zapisování - R 054 regulace - C vsílání - T integrace, sumace - Q signalizace - A rozlišení signalizace (vznačuje se vedle značk)» maximum -» minimum - L 20 Písmeno A B C D E F G I J K L M Poznámk: Tabulka písmenného kódu podle ČSN ISO 3511-1 Měřená nebo řízená veličina ustota Elektrické veličin * Průtok Měření, poloha, délka Ruční ovládání Čas, časový program ladina Vlhkost Příd.písmeno Rozdíl Poměr Snímání Zobrazovací nebo výstupní funkce Signalizace Indikace stavu (chod motoru) Regulace Čidlo, snímač Ukazování Přídavná písmena se píší malá * Je nutno doplnit vsvětlení jaká veličina se měří. 21 Písmeno N O P Q R S T U V W X Y Z Tlak Poznámk: Tabulka písmenného kódu - pokračování Měřená nebo řízená veličina Volitelná uživatelem * Volitelná uživatelem * Kvalita, analýza Radioaktivní záření Rchlost, frekvence Teplota Několik veličin Viskozita Tíhová síla, síla Ostatní veličin * Volitelná uživatelem * Příd.písmeno Sečítání Zobrazovací nebo výstupní funkce Volitelná uživatelem Zkušební přípojka Integrování, sumace Zapisování Spínání Vsílání Vícefunkční jednotka Ventil, akční člen, korekční člen Jiné funkce (např. zobrazení) Matematický člen, relé Nouzová, zabezpečovací funkce Přídavná písmena se píší malá * Je nutno doplnit vsvětlení jaká veličina se měří Písmena v písmenném kódu se píší v pořadí: I R C T Q S Z A 22 Značk... - pokračování Značka: podle ČSN ISO 3511 regulační orgán všeobecná značka ventil automatický pohon regulačního orgánu ruční ovládací prvek akční člen regulační orgán s pohonem 23 Značk... - pokračování Chování akčního členu při výpadku pomocné energie: Příklad: Zápis a regulace průtoku v potrubí a b c a - akční člen zavírá b - zůstává v dosažené poloze c - otvírá FRC 051 Signální vedení - přiřazení akčního členu k přístroji: přeškrtávanou tenkou čárou: alternativně i tenkou plnou čárou: šipkou je možno vznačit směr toku informace: 24 25
Příklad použití značek v technologickém schématu Požadavk na měření a řízení: regulace hladin v nádrži a signalizace maxima ukazování a zápis teplot prvního u registrace a integrace průtoku v druhém u ukazování a regulace p v nádrži QIC 054 p Zařízení: Nádrž opatřená dvěma ( a ) a jedním odtokem (Q 3 ) FRQ TIR 052 odtok Q 3 LCA 051 26 Souvislost mezi schématem technologickým a blokovým: Q 3 akční člen (ventil) (nádrž) h snímač h h ž - h h ž hladina hladina žádaná h LC h ž 05 odtok Q 3 Je třeba rozlišovat: směr toku signálu směr toku hmot 27 Příprava slaného nálevu ve směšovací nádrži Do nádrže se přivádí: koncentrovaný roztok soli ředicí voda Výsledný produkt: nálev o žádané koncentraci c - koncentrace [kg.m -3 ] Q -průtok [m 3.s -1 ] c 1 (nádrž) c 3 c ž - c 3 konc. roztok c 1, c ž M voda nálev c 3, Q 3 QC 01 c ž žádaná koncentrace 28 Ohřev vod ve výměníku Zadání: ve výměníku se topí parou (průtok Q p ) studená voda má teplotu T v a průtok Qv teplá voda má teplotu T t úkol: udržovat žádanou teplotu T ž udržovat konstantní průtok Q ž T - teplota [K] Q -průtok [m 3.s -1 ] studená voda Q v, T v topná pára Q p FC 02 žádaný průtok Q ž dva regulační obvod dvě bloková schémata TC 01 kondenzát žádaná teplota T ž teplá voda T t 29 Základní značk pro funkce řídicích počítačů ČSN ISO 3511-4 základní značka pro funkce zajišťované řídicím počítačem do značk se píše písmenný kód vjadřující měřenou veličinu a funkci přístroje do dolní polovin je možno vepsat identifikační číslo vodorovnou čarou se vznačují stčné prostředk operátora v dozorně dotýkajícími se značkami se znázorňuje funkční vazba řízení teplot počítačem, ukazování v dozorně šestiúhelník, vzdálenost rovnoběžných stran asi 10 mm TRA Měření a řízení s podporou počítače regulace a zapisování koncentrace počítačem, ukazování v dozorně ovládání regulačního ventilu a zobrazování poloh počítačem zapisování průtoku a proteklého množství koncentrátu počítačem ovládání motoru míchadla a měření frekvence otáčení počítačem koncentrát FRQ 05 N 06 SI 07 TC nálev Vsvětlivka: TI O ovládání akčního členu Vodivost N příkon motoru QI 054 QRC 30 32 01 02 M voda O 03 GB 04 poloha ind. chodu
Shrnutí: Skladba a veličin regulačního obvodu Řešení regulačních úkolů z 1 z 2 na základě zkušenosti (empirick) vhodné jen pro jednoduché regulační obvod v e w na základě matematicko-fzikální analýz vtvoření matematického modelu možnosti simulace na počítači ekonomick výhodné Chování regulačního obvodu (regulační pochod) závisí na vlastnostech jednotlivých bloků regulační pochod představuje dnamické chování celého obvodu 33 34 Analýza regulačního obvodu Popis vlastností jednotlivých bloků statické vlastnosti dnamické vlastnosti Ustálený stav a přechodový děj Ustálený stav vstupní a výstupní veličin jsou ustálené (časově neproměnné) Přechodový děj změna vstupní veličin vvolá změnu výstupní veličin. a téma příští přednášk: skladba měřicího řetězce analogové a číslicové měřicí přístroje měřicí přístroje řízené mikroprocesorem virtuální měřicí přístroje výstupní veličina se mění s časem 35 36 38