1 dr inż. Krzysztof Oprzędkiewicz Katedra Automatyki AGH

dr inŜ. Krzysztof Oprzędkiewicz
Katedra Automatyki AGH
Szczegółowy zakres wiadomości dla grupy tematycznej Automatyka i Robotyka
dla etapu okręgowego Ogólnopolskiej Olimpiady Wiedzy Elektrycznej i
Elektronicznej.
część A - test
Podstawy techniki regulacji automatycznej.
• Podstawowe pojęcia stosowane w automatyce: obiekt regulacji, regulator,
zamknięty układ regulacji. Sygnały występujące w zamkniętym układzie
regulacji: sterowanie, wielkość regulowana, uchyb regulacji, wartość zadana.
Punkt pracy układu regulacji. Własności statyczne i dynamiczne obiektu
regulacji: charakterystyka statyczna jako miara własności statycznych oraz
transmitancja operatorowa jako miara własności dynamicznych w otoczeniu
punktu pracy.
• Opis matematyczny obiektów regulacji dla potrzeb automatyki z
wykorzystaniem transmitancji ( funkcji przejścia). Transmitancje operatorowe
podstawowych rzeczywistych obiektów dynamicznych: inercyjny I rzędu,
obiekt II rzędu, obiekt całkujący, obiekt róŜniczkujący rzeczywisty, obiekt
opóźniający. Rzeczywiste przykłady tych obiektów z obszaru mechaniki,
elektroniki i elektrotechniki.
• Charakterystyki czasowe podstawowych obiektów dynamicznych: sposób
pomiaru doświadczalnego tych charakterystyk. Charakterystyka skokowa i
impulsowa. Związek charakterystyki czasowej z transmitancją operatorową
obiektu: wyznaczanie parametrów transmitancji obiektu na podstawie
charakterystyki czasowej.
• Transmitancja widmowa obiektu i jej związek z transmitancją operatorową.
Charakterystyki częstotliwościowe: amplitudowo – fazowa i logarytmiczna
modułu i fazy. Metody doświadczalnego pomiaru tych charakterystyk. Związek
charakterystyki częstotliwościowej z transmitancją obiektu: wyznaczanie
parametrów
transmitancji
obiektu
na
podstawie
charakterystyki
częstotliwościowej.
• Analiza pracy układu regulacji z regulatorem II połoŜeniowym i obiektem
inercyjnym I rzędu z opóźnieniem: przebiegi wielkości regulowanej i sygnału
sterującego w układzie, wpływ opóźnienia i stałej czasowej obiektu na
przebiegi.
• Podstawowe typy regulatorów ciągłych: proporcjonalny (typu P),
proporcjonalno – całkujący (PI) oraz proporcjonalno – całkująco –
róŜniczkujący (PID): algorytmy działania regulatorów, parametry, transmitancje
operatorowe, charakterystyki czasowe skokowe oraz charakterystyki
częstotliwościowe. Wyznaczanie parametrów regulatora na podstawie
charakterystyki czasowej lub częstotliwościowej.
Elementy i urządzenia automatyki.
• Układ regulacji rzeczywistego procesu i jego elementy: urządzenie pomiarowe
( czujnik i przetwornik), regulator, urządzenie wykonawcze ( siłownik i element
nastawczy). Cel stosowania poszczególnych elementów w układzie.
• Czujniki pomiarowe: podstawowe parametry metrologiczne i uŜytkowe
czujnika, podstawowe zasady doboru czujnika do sterowanego procesu.
1
•
Czujniki do pomiaru temperatury: czujniki bimetaliczne, termometry
rezystancyjne i termopary – zasada działania, zasady poprawnego połączenia
czujnika z przetwornikiem.
• Czujniki do pomiaru ciśnienia: pojemnościowe i piezorezystancyjne. Zasada
działania, czynniki zakłócające pomiar, zasady poprawnego połączenia
czujnika z przetwornikiem, konstrukcja przetworników współpracujących z
czujnikami.
• Czujniki połoŜenia i prędkości: czujniki potencjometryczne, indukcyjne,
pojemnościowe, ultradźwiękowe, selsyny, enkodery, wyłączniki krańcowe,
czujniki obecności elementu.
• Regulatory analogowe: pneumatyczne i bezpośredniego działania. Zasady
konstrukcji i obszary zastosowań
• Siłowniki: funkcje siłownika, podstawowe cechy uŜytkowe i obszary
zastosowań siłowników pneumatycznych (membranowe i tłokowe)
hydraulicznych
tłokowych
i
elektrycznych
(
silnikowych
i
elektromagnetycznych).
• Siłowniki pneumatyczne membranowe: konstrukcja i sterowanie. Ustawnik
pozycyjny z wejściem pneumatycznym – budowa i cel stosowania.
• Siłownik pneumatyczny tłokowy – budowa i działanie, sterowanie z
wykorzystaniem zaworów rozdzielających.
• Siłownik hydrauliczny tłokowy – zasada działania, sterowanie.
Komputerowe systemy sterowania.
• Konstrukcja regulatora cyfrowego: jednostka centralna, układy pamięci stałej i
zapisywalnej, układy
wejść i wyjść analogowych i binarnych, panele
operatorskie, moduły komunikacyjne.
• Systemy sterowania PLC: konstrukcja, podstawowe moduły: zasilacze,
jednostki centralne, moduły wejść i wyjść analogowych i binarnych, moduły
komunikacyjne, moduły specjalizowane ( do pozycjonowania osi, do regulacji
temperatury) , panele operatorskie.
• Języki programowania sterowników PLC: klasyfikacja wg normy IEC 1131-3,
podstawowe cechy i przeznaczenie poszczególnych języków programowania.
• Elementy organizacyjne oprogramowania sterowników PLC opisane w normie:
funkcje i bloki funkcyjne. RóŜnice pomiędzy nimi oraz przykłady elementów
standardowych.
• Język drabinkowy jako podstawowe narzędzie programowe systemów PLC:
zasady budowy programu, elementy programu: szyny prądowe, obwody
( szczeble), styki i cewki, uŜycie funkcji bloków funkcyjnych w programie.
Zasady realizacji podstawowych funkcji logicznych w języku drabinkowym.
• Podstawowe bloki funkcyjne w systemach PLC: elementy bistabilne, elementy
detekcji zbocza, liczniki, czasomierze. Parametry i zasada działania.
część B – zadania
Specyfikacja tej części zostanie podana po wizytacji Szkoły – Gospodarza (Dębica)
2
Szczegółowy zakres wiadomości dla grupy tematycznej Automatyka i Robotyka
dla etapu centralnego Ogólnopolskiej Olimpiady Wiedzy Elektrycznej i
Elektronicznej.
Na szczeblu centralnym obowiązuje pełny zakres wiadomości wymaganych na etapie
okręgowym oraz zakres dodatkowy podany poniŜej:
Podstawy techniki regulacji automatycznej
• Podstawowe przekształcenia schematów blokowych układów regulacji.
Wyznaczenie transmitancji zastępczej złoŜonego układu zawierającego
elementy połączone szeregowo, równolegle oraz tory ujemnego sprzęŜenia
zwrotnego.
• Stabilność obiektów regulacji i układów regulacji automatycznej: pojęcie
stabilności i stabilności asymptotycznej, kryteria stabilności: kryterium
Hurwitza i kryterium Nyquista. Proste przykłady obliczeniowe z zakresu
zastosowań kryteriów stabilności.
• Metody doboru nastaw regulatorów PID: metoda Zieglera – Nicholsa.
Konstrukcja układu doświadczalnego, przebieg eksperymentu, wzory na
nastawy regulatora P, PI oraz PID.
Elementy i urządzenia automatyki
• Zasady konstrukcji prostego układu sterowania dla rzeczywistego procesu
przemysłowego: dobór czujnika, regulatora i algorytmu regulacyjnego ( II
połoŜeniowy lub PID) i elementów wykonawczych. NaleŜy rozwaŜyć układy
regulacji wielkości ciągłych ( np. regulacja temperatury w piecu lub kotle,
poziomu cieczy w zbiorniku, ciśnienia gazu w zbiorniku) oraz układy
sterowania logicznego (np. sterowanie otwieraniem bramy, taśmociągiem,
podajnikiem elementów na maszynę).
Komputerowe systemy sterowania
• Komputerowe sieci przemysłowe: porównanie wymagań stawianych przed
siecią przemysłową i biurową, topologie sieci i ich podstawowe cechy,
podstawowe protokoły dostępu do medium: znacznikowe i odpytania,
podstawowe informacje nt sieci PROFIBUS.
• Graf Sekwencji jako narzędzie programowe do programowania zadań
sterowania sekwencyjnego: elementy grafu: etapy, przejścia i działania,
kwalifikatory działania, typy sekwencji: proste, wybór sekwencji, sekwencje
współbieŜne. Zapis zadania sterowania sekwencyjnego z uŜyciem SFC.
3