Schemat funkcjonalny układu automatycznej regulacji
Transkrypt
Schemat funkcjonalny układu automatycznej regulacji
Schemat funkcjonalny układu automatycznej regulacji regulator (controller) zadajnik (adjuster) urządzenia kontrolno-pomiarowe rejestracja elementy pomiarowe stacyjka (a/m stadion) przetwornik pomiarowy (converter) czujnik pomiarowy (sensor) zespół wykonawczy obiekt (plant) element wykonawczy (actuator) element nastawczy (valve, …) sterowanie ręczne (manual) Standardy sygnałów Typowe sygnały wyjściowe wybranych czujników: • termoelement – 3÷50mV • termometr oporowy - 10÷300Ω • pirometr - 0.3÷15 mV • analizator stęŜenia – 10µA÷1mA, 1÷20mV Standardy: • 0-5mA, 0-10mA, 0-20mA, 4-20mA, (0-50mA), (10-50mA) • 0-10V • sygnały częstotliwościowe Podział funkcjonalny przetworników • pomiarowe – sygnał z czujnika na standardowy • sygnałowe – standard na standard • separatory - oddzielenie galwanicznie, wzmocnienie=1 • A/C i C/A „Przetworniki pomiarowe” • klasyczne A C czujnik p. • inteligentne p.pomiarowy A C czujnik p. p.separujący µP port komunikacyjny A/C Przetworniki pomiarowe Wg wielkości wejściowej: • przetworniki siły, napięcia, rezystancji, ciśnienia Wg zasady działania: • parametryczny, generacyjny Ze względu na budowę (układ elektryczny) w układzie otwartym (bez sprzęŜenia zwrotnego) • w układzie zamkniętym (ze sprzęŜeniem zwrotnym) • Ze względu na rodzaj modulacji sygnału wyjściowego: 1) z modulacją poziomu prądu stałego 2) z modulacją częstotliwości sygnału wyjściowego 3) wyjściem dyskretnym o modulacji czasowoimpulsowej 1) Przetworniki pomiarowe z modulacją poziomu prądu stałego • ze sprzęŜeniem prądowym I Uwe • ze sprzęŜeniem napięciowym Ro Rs U Ro Rs Uwe Usz I U1 Uwe Ro Usz Rsz R s Uwe + U1 kw Usz Rsz I U1 Uwe Usz U Rs duŜe kw, U1≈0 U1 = Uwe – Usz = 0 Uwe = Usz Uwe = RszI I = Uwe / Rsz Ro 1) Przetworniki pomiarowe z modulacją poziomu prądu stałego Przetwornik pomiarowy oporności Uz Rcz Przetwornik pomiarowy małych napięć Iwy Uz Ucz Ro Rr Rs Ro Rr Rs 2) Przetworniki pomiarowe z modulacją częstotliwości sygnału wyj. • pozycyjne • generacyjne • prądnica tachometryczna • modulacyjne • cyfrowy pomiar prędkości obrotowej • oscylacyjne • o drganiach wymuszonych • o drganiach swobodnych x PW UO Pwy EW y przetwornik strunowy F A l 1 F f = 2 ml 3) Przetworniki pomiarowe czasowo-impulsowe UX GL UA UGL Uwy OZ T UA UGL UX U UOZ UWY ti Przetworniki A/C Przetwarzanie „analog-cyfra”: • próbkowanie Ux • kwantowanie • kodowanie Parametry przetwornika: • zakres sygnału wejściowego • rozdzielczość • czas próbkowania • całkowity czas przetwarzania t Przetworniki A/C Rozdzielczość w bitach – błąd kwantowania: 10 bitów = 210 = 1024 kwantów = 0,1% 12 bitów = 212 = 4096 kwantów = 0,025% Minimalna pulsacja próbkowania (Tw.Shannona-Kotielnikowa) - teoretycznie: ωs >= 2ωw - praktycznie: ωs >= 2 ωb, (ωb=10ωw) ωw – widmo sygnału analogowego ωb – przepustowość układu (wzmocnienie >= 0.7) Optymalizacja okresu próbkowania Ts - za duŜy – wymagania tw. Shannona-Kotielnikowa - zbyt krótki – obciąŜenie obliczeniowe procesora Przetworniki A/C • Metoda integracyjna, np. zasada podwójnego całkowania Ux U1 Uw U1 K U2 U3 L Nx = Nmax Ux T1 Uw T2 T2 Nmax Nx U2 GW US T1 Ux Uw U3 Przetworniki A/C • Metoda częstotliwościowa fn Formowanie Bramka Układ sterowania Generator Dzielnik Licznik Wyświetlacz Kasowani e Formowanie • Metoda komparacyjna U UX UWY ti Przetworniki C/A WE: liczba X= X020 + X121 + ... + Xi2i jeśli Xi=1 to przełącznik w połoŜeniu 1 WY: sygnał Uwy • wagowo-rezystorowy 21R 2iR 22R Uwy U 1 0 U X0 1 0 X1 1 0 Xi 2iR 21R 2 2R Uwy Przetworniki C/A • drabinkowo-napięciowy 2R 2R 2R 2R Uwy U 1 0 U 1 0 X0 X1 2R 2R 1 0 Xi 2R 2R Uwy Przetworniki separacyjne Sygnały zakłócające • napięcia szeregowe • napięcia równoległe czuj. Przetw. pomiar. RA UR RB CB Przetworniki separacyjne Zastosowanie oddzielenia galwanicznego UP UP U U I I I I 200 I1 2 200 I sys 100 1 I2 6 I 200 3 200 5 Realizacja oddzielenia galwanicznego GZ xwe ∼ = M Iwe xwy ∼ = TO D 4 Iwy Przetworniki • pomiarowe • sygnałowe • separatory • A/C i C/A A C czujnik p. p.pomiarowy A C czujnik p. p.separujący µP port komunikacyjny A/C Dobór przetworników • • • • • • • • • • • odpowiednia ch-ka statyczna duŜa stałość ch-ki mały błąd przetwarzania (np. <1%) brak histerezy oddzielenie galwaniczne obwodów we i wy łatwa zmiana zakresu przetwarzania niski poziom szumów małe oddziaływanie na źródło sygnału mała wraŜliwość na zmiany obciąŜenia dobre własności dynamiczne warunki eksploatacji