Układ zamknięty (automatyka)

Układ zamknięty (automatyka)
Układ zamknięty – układ automatyki, w którym przebieg sygnału następuje w dwóch kierunkach. Od
wejścia do wyjścia przebiega sygnał realizujący wzajemne oddziaływanie elementów, natomiast od
wyjścia do wejścia przebiega sygnał sprzężenia zwrotnego.
Z ujemnym sprzężeniem zwrotnym [edytuj]
Układ zamknięty z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, zwany układem automatycznej regulacji, jest
alternatywą do sterowania w układzie otwartym. W porównaniu do układu otwartego jest mniej czuły
na zmiany wzmocnienia statycznego w układzie, powodując zmniejszenie uchybów statycznych (jeśli
występują), jednak zbyt duża wartość współczynnika wzmocnienia, może spowodować niestabilność
układów wyższych rzędów. Poprawia parametry jakościowe odpowiedzi skokowej układu automatyki
oraz lepiej sprawdza się w przypadku tłumienia nieznanych zakłóceń, których pojawienie się powoduje
zmianę błędu regulacji, co skutkuje powstaniem odpowiedniego sygnału sterującego.
Z dodatnim sprzężeniem zwrotnym [edytuj]
W układzie zamkniętym z dodatnim sprzężeniem zwrotnym sygnał wyjściowy jest dodawany do
sygnału wejściowego, co skutkuje nieskończenie rosnącym sygnałem wyjściowym układu. Dodatnia
pętla sprzężenia zwrotnego może być stosowana jako jedna z wielu pętli skomplikowanych układów
regulacji.
Sprzężenie zwrotne (ang. feedback) - oddziaływanie sygnałów stanu końcowego (wyjściowego)
procesu (systemu, układu), na jego sygnały referencyjne (wejściowe). Polega na otrzymywaniu przez
układ (proces, system) informacji o własnym działaniu (o wartości wyjściowej). Matematycznym,
jednoznacznym opisem bloku gałezi zwrotnej jest transmitancja. Informacja ta jest modyfikowana
przez transmitancję bloku gałęzi zwrotnej lub też nie (w szczególnym idealnym przypadku).
Wyróżnia się sprzężenie zwrotne dodatnie, DSZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej dodaje się do wartości
referencyjnej w węźle sumacyjnym oraz sprzężenie zwrotne ujemne, USZ - gdy sygnał z gałęzi
zwrotnej odejmuje się w węźle sumacyjnym od wartości referencyjnej.
Transmitancja operatorowa (funkcja przejścia) - stosunek transformaty Laplace'a sygnału
wyjściowego Y(s) do transformaty Laplace'a sygnału wejściowego U(s) przy zerowych warunkach
początkowych:
Transmitancja określa ogólne własności układu o jednym wejściu i jednym wyjściu, niezależne od
rodzaju wymuszenia. Dla układu wielowymiarowego o r wejściach i m wyjściach można określić m x n
transmitancji wiążących każde wyjście z każdym wejściem. Transmitancji używa się również dla
uproszczenia obliczeń związanych z projektowaniem układu złożonego z wielu elementów.
Wykorzystywana jest głównie w cyfrowym przetwarzaniu sygnałów, elektronice i automatyce.
Sterowniki PLC (ang. Programmable Logic Controller) są to takie sterowniki, których sposób
działania w postaci programu jest pamiętany w sterowniku.
Zasada działania sterowników PLC
Sterowniki PLC
Podstawową zasadą pracy sterowników jest praca cykliczna, w której sterownik wykonuje kolejno po
sobie pojedyncze rozkazy programu w takiej kolejności, w jakiej są one zapisane w programie. Na
początku każdego cyklu program odczytuje "obraz" stanu wejść sterownika i zapisuje ich stany (obraz
wejść procesu). Po wykonaniu wszystkich rozkazów i określeniu (wyliczeniu) aktualnego dla danej
sytuacji stanu wyjść, sterownik wpisuje stany wyjść do pamięci będącej obrazem wyjść procesu a
system operacyjny wysterowywuje odpowiednie wyjścia sterujące elementami wykonawczymi. Tak
więc wszystkie połączenia sygnałowe spotykają się w układach (modułach) wejściowych sterownika, a
program śledzi ich obraz i reaguje zmianą stanów wyjść w zależności od algorytmu.
Sterowniki PLC składają się z:
•
•
•
•
•
•
•
jednostki centralnej (CPU)
bloków wejść cyfrowych
bloków wejść analogowych
bloków komunikacyjnych
bloków wyjść cyfrowych
bloków wyjść analogowych
bloków specjalnych
Procesor (ang. processor) nazywany często CPU (ang. Central Processing Unit) - urządzenie cyfrowe
sekwencyjne potrafiące pobierać dane z pamięci, interpretować je i wykonywać jako rozkazy.
Wykonuje on bardzo szybko ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji
podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora.
Wejście cyfrowe - ogólnie przyjęta nazwa pojedynczego wejścia binarnego sterownika PLC,
mogącego mieć dwa stany: "0" - brak napięcia i "1" - jest napięcie.
Wejścia cyfrowe są podstawowymi blokami wejściowymi sterowników PLC. Do nich docierają sygnały
w postaci "0" lub "1" z np. przycisków sterowniczych, czujników itp. Na podstawie tych sygnałów
sterownik PLC steruje wg zawartego w nim algorytmu pozostałymi elementami poprzez wyjścia
cyfrowe lub wyjścia analogowe.
Wejście analogowe - ogólnie przyjęta nazwa pojedynczego wejścia sterownika PLC dla
standardowych sygnałów analogowych.
Przyjęte standardy to:
0...20 mA
4...20 mA
0...10 V
Wejścia analogowe służą do pomiarów m.in.: temperatury, ciśnienia, przepływu, obrotów, itp. Pomiary
te odbywają się poprzez zamianę wartości np. temperatury na sygnał analogowy o wartości np. 0...10
V. Sygnały te są przetwarzane w sterowniku PLC i sterownik reaguje wg ustalonego algorytmu
poprzez wysterowanie odpowiednich wyjść cyfrowych lub analogowych
Wyjście cyfrowe - ogólnie przyjęta nazwa pojedynczego wyjścia binarnego sterownika PLC.
Binarne wyścia cyfrowe mogą przyjmować jeden ze stanów:
•
•
"0" - brak napięcia
"1" - jest napięcie
Wyjścia cyfrowe są podstawowymi składnikami bloków wyjść sterowników PLC. Produkowane są
(przeważnie) dwa rodzaje wyjść: tranzystorowe o obciążalności 0,5 A oraz przekaźnikowe o
obciążalności 8 A. Poprzez wyjścia cyfrowe sterownik steruje urządzeniami zewnętrznymi takimi jak:
styczniki, elektrozawory, lampki kontrolne, sygnały akustyczne, itd. Istnieją również specjalizowane
wyjścia cyfrowe w zależności od potrzeb i producentów.
Wyjście analogowe - ogólnie przyjęta nazwa pojedynczego wyjścia analogowego sterownika
PLC.Standardowe wyjścia analogowe mają wartości:
•
•
•
0...20 mA
4...20 mA
0...10 V
Wyjście analogowe jest podstawowym składnikiem bloków wyjść analogowych sterowników PLC.
Sterownik poprzez te wyjścia może wysterowywać urządzenaimi zewnętrznymi takimi jak: regulatory
temperatury, przetwornica częstotliwości, serwonapęd.