Regulatory Regulatory

Regulatory

Regulatory

Regulatory

Regulatory -- podstawy podstawy

Regulator w układzie regulacji

obiekt regulacji

w e u y

y y_m

z

regulator urządzenie

wykonawcze obiekt regulacji

element pomiarowy _

Regulator w układzie regulacji Regulator w układzie regulacji

Regulator jest urządzeniem, którego zadaniem jest:

– porównanie zmierzonej wielkości regulowanej y^m z wielkością zadaną w i określenie wielkości uchybu (błędu) regulacji e = w - y^m ,

– w zależności od odchyłki regulacji, czasu jej trwania oraz szybkości zmian wytworzenie sygnału wyjściowego zwanego sygnałem sterującym u o takiej wartości aby błąd regulacji miał dostatecznie małą wartość,

– takie kształtowanie własności dynamicznych układu regulacji aby układ był stabilny oraz zapewniał wymaganą jakość regulacji.

Kryteria podziału regulatorów Kryteria podziału regulatorów

• Biorąc pod uwagę sposób dostarczenia energii potrzebnej do napędu elementu wykonawczego wyróżnia się;

– regulatory bezpośredniego działania, które charakteryzują się tym, że energię potrzebną do napędu elementu wykonawczego pobierają z obiektu regulacji za pośrednictwem elementu pomiarowego (np. regulatory temperatury, ciśnienia, przepływu itp.),

– regulatory o działaniu pośrednim, zasilane w energię pomocniczą z obcego źródła (np. elektryczne, elektroniczne).

Kryteria podziału regulatorów Kryteria podziału regulatorów

Regulatory zasilane energią pomocniczą dzieli się na:

• - elektryczne i elektroniczne,

• - pneumatyczne

• - hydrauliczne,

• - mechaniczne.

Kryteria podziału regulatorów Kryteria podziału regulatorów

W zależności od postaci sygnału wyjściowego rozróżnia się regulatory:

• - wyjściu ciągłym,

• - impulsowe,

• - dwustawne,

• - trójstawne.

Pod względem zmiany sygnału wyjściowego można podzielić regulatory na:

• - analogowe,

• - cyfrowe.

Sygnały (wejściowe/wyjściowe) regulatora Sygnały (wejściowe/wyjściowe) regulatora

W regulatorach elektrycznych sygnały wprowadzane i wyprowadzane z regulatora dzielimy na sygnały analogowe A oraz sygnały cyfrowe D.

W technice grzewczo-wentylacyjnej jako standardowe sygnały analogowe wejściowe i wyjściowe stosuje się:

- napięcie o zakresie 0/2 do 10 V,

- prąd 0/4 do 20 mA,

- ciśnienie (regulatory pneumatyczne) 0,2 do 1,0 bar

W niektórych wykonaniach regulatorów stosuje się jako wielkość analogową wejściową rezystancję mierzoną w Ω.

Sygnały cyfrowe wejściowe i wyjściowe interpretowane są jako informacja lub polecenie załącz/wyłącz.

Własności dynamiczne regulatorów Własności dynamiczne regulatorów

Podstawowym kryterium podziału regulatorów są ich własności dynamiczne, określające związek pomiędzy sygnałem wyjściowym a odchyłką regulacji jako sygnałem wejściowym.

Ze względu na własności dynamiczne rozróżniamy regulatory:

- proporcjonalne typu P, - całkujące typu I,

- proporcjonalno-całkujące typu PI,

- proporcjonalno-różniczkujące typu PD,

- proporcjonalno-całkująco-różniczkujące typu PID.

Własności dynamiczne regulatorów Własności dynamiczne regulatorów

• Charakterystyka dynamiczna regulatora jest opisywana w postaci transmitancji jako stosunek transformaty U(s) sygnału wyjściowego – wielkości sterującej u(t), do transformaty E(t) sygnału wejściowego – uchybu regulacji e(t).

) (

) ) (

( E s

s s U

G

=

Charakterystyki dynamiczne regulatorów Charakterystyki dynamiczne regulatorów

W klasycznych sformułowaniach podstawowych własności regulatorów rozróżnia się następujące charakterystyki dynamiczne:

• - proporcjonalną (P)

• - całkową (I)

p

r K

s E

s s U

G = =

) (

) ) (

(

s T s

E s s U

G

i r

1 )

( ) ) (

( = =

Charakterystyki dynamiczne regulatorów Charakterystyki dynamiczne regulatorów

P Kp

PI 



+ T s K

i p

1 1

K_p

Kp t u

Kp

t u

Ti

Charakterystyki dynamiczne regulatorów Charakterystyki dynamiczne regulatorów

• - proporcjonalno-całkową (PI)

• - proporcjonalno-różniczkową (PD)

• - proporcjonalno-całkowo-różniczkową (PID)

 

  +

=

= K T s

s E

s s U

G

i p

r

1 1 )

( ) ) (

(

( ^{T s} )

s K E

s s U

G

= =

1 +

)

( ) ) (

(

 

 

+ +

=

= T s

s K T

s E

s s U

G

i p

r

1 1 )

( ) ) (

(

Charakterystyki dynamiczne regulatorów Charakterystyki dynamiczne regulatorów

PD ^Kp(1+^Td^s)

PID – idealny 



+

+ T s

s

K T _d

i p

1 1

PID - rzeczywisty 



+ +

+ 1

1 1

Ts s T s

K T ^d

i p

t u

Kp

Kp t u

Kp

t u

Charakterystyki dynamiczne regulatorów Charakterystyki dynamiczne regulatorów

gdzie:

Kp – współczynnik wzmocnienia,

- zakres proporcjonalności, Ti – czas zdwojenia (całkowania),

Td – czas wyprzedzenia (różniczkowania).

[ ]

1 100

⋅

=

p

p K

X

Charakterystyki dynamiczne regulatorów Charakterystyki dynamiczne regulatorów

• Wielkości Kp, Ti, Td noszą nazwę nastaw dynamicznych regulatora.

• W regulatorach z energią pomocniczą można je nastawiać w pewnych granicach tak aby uzyskać najlepszy efekt regulacji.

• Współczynnik wzmocnienia Kp zwykle jest zastępowany zakresem proporcjonalności Xp.

Nastawy dynamiczne regulatora Nastawy dynamiczne regulatora

Zakres proporcjonalności Xp jest to procentowa część pełnego zakresu zmian wielkości uchybu e, potrzebna do wywołania pełnej zmiany wielkości sterującej u regulatora.

Zakres proporcjonalności jest często podawany w jednostkach wielkości regulowanej. Na przykład w przypadku regulatorów temperatury zakres proporcjonalności podawany jest w kelwinach [K].

Wielkość ta oznacza o ile stopni ma się zmienić wielkość regulowana, aby nastąpiła pełna zmiana wielkości sterującej (np. pełne otwarcie/zamknięcie zaworu regulacyjnego).

Nastawy dynamiczne regulatora Nastawy dynamiczne regulatora

Czas zdwojenia (całkowania) Ti dotyczy regulatorów typu PI, których wielkość wyjściowa (sterująca) ma dwie składowe: proporcjonalną u^p oraz całkującą ui.

Czas zdwojenia jest to czas potrzebny na to aby sygnał składowej całkowej będący wynikiem działania całkującego stał się równy sygnałowi będącemu wynikiem działania proporcjonalnego.

Sygnał wyjściowy z regulatora PI (wypadkowy dla obu oddziaływań) po czasie Ti zwiększa dwukrotnie swoją wartość, stąd pochodzi jego nazwa – czas zdwojenia.

Czas zdwojenia (całkowania) Ti

I.

I.

ui=up

u_p t u

T_i

Δe

t e

Charakterystyka skokowa PI

Nastawy dynamiczne regulatora Nastawy dynamiczne regulatora

Czas wyprzedzenia Td dotyczy regulatorów PD i określa działanie różniczkujące regulatora. Sygnał wyjściowy regulatorów tego typu ma zarówno składową proporcjonalną u^p, jak i różniczkującą u^d.

Czas wyprzedzenia jest czas, po którym sygnał wyjściowy z regulatora, związany z działaniem proporcjonalnym zrówna się z sygnałem pochodzącym od działania różniczkującego. Czas wyprzedzenia Td

wyznaczany jest jako odpowiedź na zmienny w czasie uchyb regulacji e(t).

Dzięki działaniu różniczkującemu regulator może bardzo silnie reagować już na małe zmiany uchybu regulacji e(t), uprzedza więc dalszy spodziewany wzrost uchybu przez odpowiednie oddziaływanie na obiekt regulacji.

Czas wyprzedzenia Td

I.

I.

up=ud

u_d t

u

Td

t e

Charakterystyka liniowa PD

Jakość regulacji Jakość regulacji

• Ocena jakości regulacji polega na analizie dwóch stanów układu regulacji:

- stanu przejściowego (dokładność dynamiczna) - stanu ustalonego (dokładność statyczna).

• Dokładność dynamiczna określa zdolność układu do wiernego i szybkiego śledzenia wartości zadanej.

• Dokładność statyczna określa zdolność układu do utrzymywania wartości regulowanej jak najbliżej wartości zadanej w stanie ustalonym tj. po zakończeniu stanu przejściowego.

Jakość regulacji Jakość regulacji

Uzyskanie wysokiej jakości regulacji uwarunkowane jest między innymi optymalnym doborem nastaw regulatora.

Użytkownik ocenia zaprojektowany i zoptymalizowany układ regulacji analizując:

- stabilność układu,

- statyczny uchyb regulacji, - przeregulowanie,

- czas regulacji (ustalania).

Jakość regulacji Jakość regulacji

• Na rysunku pokazano przykładowy przebieg odchyłki regulacji spowodowany zakłóceniem działającym na układ, na którym zaznaczono ważniejsze wskaźniki jakości regulacji: e - odchyłka regulacji, emax - odchyłka maksymalna, e1 - odchyłka o przeciwnym znaku do emax,

• tr - czas regulacji

t e

+Δe -Δe

tr

emax e(t) Δe = 2 % lub 5%

e1

Jakość regulacji Jakość regulacji

• Układ jest stabilny, gdy wymuszenie lub zakłócenie powoduje tylko chwilowe wytrącenie układu ze stanu równowagi.

• Statyczny uchyb regulacji e jest to największa różnica pomiędzy wartością sygnału zadanego w i aktualną wartością sygnału regulowanego y zmierzona w stanie ustalonym.

e = w – y

• Przeregulowanie

ε

(rys.).

% 100

max

1

⋅

= e

ε e

Jakość regulacji Jakość regulacji

• Czasem regulacji t^r nazywa się czas, po upływie którego wartość uchybu e(t) nie przekracza wartości dopuszczalnej Δe.

• Najczęściej przyjmuje się Δe w wysokości 2% wartości zadanej w (ustalonej – y(∞)).

Dobór nastaw regulatora PID Dobór nastaw regulatora PID

• Wymaganą jakość regulacji można uzyskać dzięki odpowiedniemu doborowi nastrajanych wielkości nazywanych nastawami regulatora.

• W przypadku regulatorów typu PID są to: zakres proporcjonalności Xp, czas zdwojenia (całkowania) Ti oraz czas wyprzedzenia (różniczkowania) Td.

• Opracowano wiele metod doboru nastaw regulatorów.

• Najprostsza do stosowania jest metoda opublikowana w 1941 roku przez amerykańskich inżynierów J.G. Zieglera i N.B. Nicholsa .

• Jest to metoda oparta na minimalizacji całki z modułu uchybu regulacji (kryterium całkowe)

Dobór nastaw regulatora PID Dobór nastaw regulatora PID

• Korzystanie z metody Zieglera - Nicholsa wymaga wprowadzenia dwóch pojęć: wzmocnienia krytycznego K

oraz okresu drgań krytycznych T

.

• Wzmocnienie krytyczne K

jest to wzmocnienie regulatora proporcjonalnego, który połączony szeregowo z obiektem spowoduje znalezienie się układu regulacji na granicy stabilności, a więc pojawienie się niegasnących drgań okresowych.

Okres tych drgań nazywany jest okresem drgań

krytycznych Tosc.

Dobór nastaw regulatora PID Dobór nastaw regulatora PID

Podczas realizacji doboru nastaw należy:

• Regulator PID ustawić na działanie P nastawiając:

T

= T

, T

= T

.

• Zwiększać powoli wartość współczynnika wzmocnienia Kp regulatora aż do momentu pojawienia się niegasnących oscylacji na wyjściu z układu, co jest równoznaczne z osiągnięciem granicy stabilności.

• Zanotować wartość współczynnika wzmocnienia

Kp= Kpkr przy którym wystąpiły niegasnące

oscylacje i zmierzyć okres tych oscylacji T

.

Dobór nastaw regulatora PID Dobór nastaw regulatora PID

Zależnie od typu regulatora oblicza się wartości nastaw korzystając ze wzorów:

regulator P: Kp=0,5 Kpkr;

regulator PI: Kp=0,45 Kpkr, Ti= 0,85 Tosc;

regulator PID:Kp=0,6 Kpkr, Ti= 0,5 Tosc, Td=0,125Tosc.

Dobór nastaw regulatora PID Dobór nastaw regulatora PID

Dla układów regulacji o znanym modelu matematycznym lub charakterystyce dynamicznej obiektu regulacji (znana stała czasowa obiektu Tz, opóźnienie To i wzmocnienie Ko ) Chien, Hrones i Reswick opracowali metodę pozwalającą na obliczenie optymalnych nastaw według wzorów podanych w tabeli 3.2.

Zależności te dotyczą dwu przypadków :

1. Przebieg wielkości regulowanej w zamkniętym układzie regulacji po skokowym wymuszeniu zmiany wielkości zadanej bez przeregulowania i z przeregulowaniem 20%

(rys. 3.3 a).

2. Przebieg wielkości regulowanej w zamkniętym układzie regulacji po skokowym wymuszeniu zmiany wielkości zakłócającej z maksymalnie jednym przeregulowaniem lub przeregulowaniem wielokrotnym (rys. 3.3 b).

Przebieg wielkości regulowanej z 20 % przeregulowaniem Przebieg wielkości regulowanej z 20 % przeregulowaniem

• a – odpowiedź na skokowa zmianę wielkości zadanej,

• b – odpowiedź na skokową zmianę wielkości zakłócającej

y

w₂

w₁

e₂

e₁

e₁

e₂

τ τ

w y

a b

2 , 0

1 2 = e e

2 , 0

1 2 = e e

Dobór nastaw metodą opracowaną przez zespół autorski:

Dobór nastaw metodą opracowaną przez zespół autorski:

Chien

Chien, , HronesHrones i i ReswickReswick

Dobór nastaw metodą opracowaną przez zespół autorski:

Dobór nastaw metodą opracowaną przez zespół autorski:

Chien

Chien, , HronesHrones i i ReswickReswick

Dobór nastaw regulatorów cyfrowych

• Zasadnicza różnica pomiędzy metodami doboru nastaw regulatorów analogowych i cyfrowych polega na tym, że w obliczeniach nastaw regulatorów cyfrowych należy uwzględnić częstotliwość próbkowania (ze względu na próbkowanie sygnałów w regulatorach cyfrowych co ustalony odstęp czasu - cykliczny charakter pracy),

Dobór nastaw regulatora PID

Dobór nastaw regulatora PID-- samostrojenie samostrojenie

• Nowoczesne regulatory cyfrowe posiadają funkcję samoadaptacji (samostrojenia), umożliwiającą każdemu obwodowi regulacji automatyczne strojenie wartości zakresu proporcjonalności, czasu zdwojenia (stała czasowa całkowania) i czasu wyprzedzenia (stała różniczkowania).

• Funkcja samostrojenia powinna być uruchamiana przy ustalonym stanie obiektu. Jej włączenie spowoduje zmiany typu zwłocznego w obwodzie regulacji i system rozpocznie oscylację. Regulator będzie monitorował oscylacje i po około 5 oscylacjach zostaną obliczone parametry strojenia.

• Czas potrzebny do zakończenia samostrojenia zależy od szybkości zmian danego systemu. Minimalny czas dla szybkiego systemu to około 10 minut, ale dla wolniejszego systemu może przekroczyć 40 minut.

Dziękuję za uwagę !

Dziękuję za uwagę !

Regulatory cyfrowe Regulatory cyfrowe

Wykład Wykład 1212

Regulacja DDC przy zastosowaniu Regulacja DDC przy zastosowaniu

mikrokomputera mikrokomputera

• Aktualnie w automatyzacji urządzeń i instalacji technologicznych w inżynierii środowiska są powszechnie stosowane regulatory cyfrowe i sterowniki.

• Regulatorami cyfrowymi nazywane są małe urządzenia mikroprocesorowe głównie realizujące funkcje regulacyjne jak np.: cyfrowy regulator temperatury, cyfrowy regulator przepływu itp.

• Bardziej rozbudowane urządzenia mikroprocesorowe z przewagą funkcji sterowania nazywane są sterownikami.

Historia Historia

• Pierwsze sterowniki cyfrowe powstały w USA pod koniec lat sześćdziesiątych.

• W technice ogrzewania i klimatyzacji są stosowane od roku 1979 (Recknagel).

• Dawniej złożone układy sterowania i regulacji były wykonywane w technice przekaźnikowej, w postaci szaf sterowniczych z trwałym okablowaniem. Po wprowadzeniu do automatyki techniki mikroprocesorowej (komputerowej) układy przekaźnikowe zostają zastąpione przez bezpośrednie sterowanie cyfrowe DDC (Direct Digital Control) – przykład z Opola.

• W sterowaniu cyfrowym działanie logiczne jest swobodnie programowalne i może być zmieniane bez wymiany okablowania.

• Ograniczenie okablowania szaf sterowniczych oraz łatwość wprowadzania zmian w algorytmach sterowania (zmiana programu) znacznie obniżyły koszty budowy i modernizacji układów regulacji i sterowania.

• Szybki rozwój techniki cyfrowej w latach 90-tych spowodował obniżenie kosztów urządzeń cyfrowych, dzięki temu stało się możliwe powszechne zastosowanie mikrokomputerów do sterowania i regulacji różnych procesów.

Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera

• Podstawowa różnica pomiędzy regulatorami analogowymi i cyfrowymi polega na tym, że w regulatorach analogowych sygnały analogowe ulegają ciągłej obróbce a w regulatorach cyfrowych następuje zamiana sygnału analogowego na cyfrowy (binarny) następnie obróbka sygnału i ponowna zamiana na sygnał analogowy (rys.).

Regulator cyfrowy

ym A/D ^Mikro- _D/A w

komputer

Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera Regulacja DDC przy zastosowaniu mikrokomputera

• Ponadto sygnały w regulatorach cyfrowych są próbkowane co ustalony odstęp czasu (cykliczny charakter pracy).

• Obliczenia cyfrowe wykonywane są tylko dla dyskretnego czasu zamiast w sposób ciągły, potrzebny jest więc impulsator po stronie wejściowej i ekstrapolator po stronie wyjściowej.

Regulacja DDC Regulacja DDC

Do istotnych zalet układów DDC należy możliwość:

- realizacji dowolnie złożonych algorytmów sterowania, włącznie ze sterowaniem optymalnym i adaptacyjnym,

- ciągłego pomiaru i rejestracji wartości dowolnych parametrów procesu,

- przetwarzania danych pomiarowych,

- wykrywania i sygnalizacji stanów awaryjnych,

- zwiększenia dokładności sterowania na skutek dokładniejszej identyfikacji obiektu regulacji.

Cyfrowe układy scalają regulację, sterowanie i optymalizację.

Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego

RAM chip

EPROM chip

CPU mikro- procesor

Zegar

Moduł

wejścia Moduł

wyjścia szyna danych

szyna adresów szyna sterowania

Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego Schemat funkcjonalny regulatora cyfrowego

(mikrokomputera)

(mikrokomputera)

Budowa regulatora cyfrowego (sterownika) Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)

• Elementem głównym mikrokomputera jest mikroprocesor CPU (Central Processing Unit).

• Jest to układ scalony składający się z trzech podstawowych bloków:

- sekcji arytmetyczno-logicznej ALU (Arithmetic Logic Unit), - sekcji sterowania,

- bloku rejestrów.

• CPU tworzy jednostkę centralną, która rozumie sformułowane w programie rozkazy i steruje składnikami systemu w nadawanym przez zegar takcie systemowym, w zaprogramowanej kolejności.

• Wszystkie składniki są połączone ze sobą przewodem zbiorczym.

Budowa regulatora cyfrowego (sterownika) Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)

• Sekcja sterowania pobiera instrukcje z pamięci i deszyfruje je, kontroluje przepływ informacji pomiędzy poszczególnymi podzespołami mikroprocesora, steruje sygnałami czasowymi oraz zapewnia komunikację pomiędzy elementami mikroprocesora a urządzeniami zewnętrznymi.

• Sekcja arytmetyczno-logiczna wykonuje operacje matematyczne i logiczne na słowach o długości 8, 16 lub 32 bitów, zależnie od wykonania mikroprocesora.

• Rejestry służą do przechowywania danych i adresów lub jako rejestry pośredniczące.

Budowa regulatora cyfrowego (sterownika) Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)

• Mikroprocesor komunikuje się z pamięcią, w której przechowywane są programy podstawowe, dane oraz programy użytkowe.

• W pamięci roboczej RAM (Random Access Memory) zapisywane są wyniki pośrednie. Mogą tam być zapamiętywane dane zmienne, jak wartości zadane, nastawy regulatora, harmonogramy czasowe.

• Dane te muszą pozostać w pamięci również po wyłączeniu napięcia sieciowego, dlatego ta część mikrokomputera posiada zasilanie bateryjne.

Budowa regulatora cyfrowego (sterownika) Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)

• W pamięci programowej są zapisane programy wprowadzane producenta sterownika, projektanta systemu automatyki lub samego użytkownika.

• W zależności od sposobu zapisu rozróżnia się następujące rodzaje pamięci stałej:

– pamięć typu ROM (Read Only Memory), która zawiera informacje zapisane przez producenta,

– pamięć typu EPROM (Erasable Programmable ROM); która umożliwia kasowanie fabrycznie zapisanego programu przez gaszenie światłem ultrafioletowym i wprowadzenie przez projektanta lub użytkownika nowego programu,

– pamięć typu EEPROM i Flash EPROM, która umożliwia wprowadzanie zmian oprogramowania przy pomocy oprogramowania narzędziowego z komputera zewnętrznego lub w ograniczonym zakresie z panelu operatorskiego.

– wyłączenie zasilania elektrycznego sterownika nie powoduje utraty danych zapisanych w pamięci typu ROM, EPROM, EEPROM i FLASH EPROM.

Budowa regulatora cyfrowego (sterownika) Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)

• Moduły wejściowe i wyjściowe sprzęgają sterownik z obiektem sterowania. Elementem modułów są przetworniki analogowo-cyfrowe A/C i C/A oraz bloki wejść i wyjść cyfrowych.

• Przetworniki stosowane są w celu wprowadzenia do sterownika informacji o wielkości analogowej mierzonej na obiekcie np. temperaturze, ciśnieniu, wilgotności, napięciu, prądzie itp.

• Sygnały w postaci analogowej muszą być przetworzone na sygnał cyfrowy, gdyż tylko w takiej postaci sterownik może te informacje wykorzystać.

Budowa regulatora cyfrowego (sterownika) Budowa regulatora cyfrowego (sterownika)

• W celu obniżenia kosztów sterownik wyposażony jest w jeden przetwornik A/C oraz multiplekser, który jest urządzeniem przełączającym sygnały analogowe.

• Multiplekser wybiera i doprowadza do przetwornika A/C kolejne sygnały.

• Sterowanie urządzeniami wykonawczymi układu regulacji może być realizowane przy pomocy sygnałów cyfrowych i analogowych. Wszystkie sygnały wychodzące z mikrokomputera mają charakter binarny, dlatego w celu wytworzenia sygnałów analogowych na wyjściu ze sterownika stosowane są przetworniki cyfrowo-analogowe C/A.

• Do obsługi sygnałów analogowych wyjściowych nie stosuje się multiplekserów lecz indywidualne przetworniki C/A

Rozwiązania sprzętowe sterowników Rozwiązania sprzętowe sterowników

• Przyjmując budowę mechaniczną jako kryterium podziału sterowników można wymienić następujące rodzaje:

- sterowniki kompaktowe,

- sterowniki kompaktowe rozszerzalne z możliwością przyłączenia dodatkowych modułów we/wy,

- sterowniki modułowe,

- sterowniki modułowe z modułami rozproszonymi

.

Sterowniki kompaktowe Sterowniki kompaktowe

• Konstrukcja kompaktowa stosowana jest zwykle do małych sterowników.

• W jednej obudowie sterownika mieszczą się wszystkie niezbędne elementy tj. zasilacz, jednostka centralna, panel operatorski (ekran z klawiaturą) oraz moduły wejścia i wyjścia o określonej liczbie zacisków.

• Zaletą takiej budowy jest prosta konstrukcja i łatwy montaż.

• Małe sterowniki kompaktowe są wyposażone w pamięć typu EPROM lub EEPROM z fabrycznie wprowadzonym oprogramowaniem aplikacyjnym adresowanym do konkretnych obiektów regulacji jak: węzeł ciepłowniczy, centrala wentylacyjna, mała kotłownia.

Sterowniki kompaktowe Sterowniki kompaktowe

• Użytkownik ma możliwość wprowadzenia przy pomocy klawiatury zmiany zaprogramowanych przez producenta wartości zadanych, nastaw dynamicznych oraz harmonogramów czasowych.

• Jeżeli z jakiegoś powodu zmiany wprowadzone przez użytkownika do pamięci typu EPROM zostaną skasowane – np. wskutek przerwy w zasilaniu elektrycznym – po przywróceniu zasilania sterownik będzie pracował według nastaw fabrycznych.

Sterowniki kompaktowe z biblioteką Sterowniki kompaktowe z biblioteką

aplikacji aplikacji

• W grupie sterowników kompaktowych dużą popularnością cieszą się sterowniki wyposażone w bibliotekę fabrycznie zaprogramowanych aplikacji.

• W zależności od automatyzowanego układu technologicznego i realizowanych przez ten układ funkcji, użytkownik przy pomocy klawiatury wybiera z pamięci sterownika stosowną aplikację (opisaną przez producenta w katalogu) i wprowadza wartości nastaw statycznych oraz dynamicznych.

• Sterowniki tego typu szczególnie przydatne są w automatyzacji typowych central wentylacyjnych oraz węzłów ciepłowniczych.

Sterowniki kompaktowe swobodnie Sterowniki kompaktowe swobodnie

programowalne programowalne

• Większe sterowniki kompaktowe wyposażane są w pamięć typu Flash EPROM dającą projektantowi systemu możliwość wprowadzenia dowolnej własnej aplikacji.

• Taki sterownik nazywamy swobodnie programowalnym.

• Producenci sterowników swobodnie programowalnych udostępniają projektantom fabryczne oprogramowanie narzędziowe do programowania (konfigurowania) sterowników.

• Większość producentów udostępnia oprogramowanie narzędziowe odpłatnie na podstawie umowy licencyjnej, zapewniając przy tym niezbędne szkolenie w korzystaniu z oprogramowania.

Sterowniki swobodnie programowalne Sterowniki swobodnie programowalne

• Do zalet sterowników swobodnie programowalnych należy zaliczyć:

– możliwość tworzenia dowolnej koncepcji sterowania, zgodnie z charakterystyką automatyzowanego obiektu oraz wymaganiami stawianymi przez użytkownika,

– łatwość dostosowania programu sterującego do zmian w układzie technologicznym lub wymagań użytkownika obiektu przez korektę lub napisanie nowego programu sterującego,

– łatwość wprowadzania programu sterującego do sterownika przez złącze szeregowe, najczęściej w standardzie RS 485,

– możliwość przenoszenia aplikacji na inne sterowniki obsługujące podobne obiekty,

– możliwość włączania sterowników do sieci komputerowego zarządzania budynkami BMS (Building Management Systems) lub energią EMS (Energy Managament Systems).

Sterowniki swobodnie programowalne Sterowniki swobodnie programowalne

• Stosując sterowniki swobodnie programowalne należy się liczyć z pewnymi trudnościami i dodatkowymi kosztami.

Należą do nich:

– konieczność zakupu oprogramowania narzędziowego wraz z komputerem serwisowym (typu laptop) i interfejsami komunikacyjnymi do konfigurowania sterowników,

– umiejętność tworzenia programów sterujących oraz obsługi programów narzędziowych.

Sterowniki kompaktowe rozszerzalne Sterowniki kompaktowe rozszerzalne

• Do automatyzacji większych obiektów jak: kotłownie, systemy wentylacji i klimatyzacji, stosowane są sterowniki o odpowiednio dużej liczbie wejść/wyjść oraz odpowiednio dużej pamięci programowej.

• Podstawową konstrukcją sterownika w tej grupie jest sterownik kompaktowy rozszerzalny.

• W skład tego sterownika wchodzi swobodnie programowalny sterownik kompaktowy o określonej liczbie wejść/wyjść oraz dowolnie konfigurowana dodatkowa liczba modułów rozszerzających w postaci wejść/wyjść cyfrowych oraz analogowych.

• Moduły rozszerzające zawierają jedynie układy wejść/wyjść, które połączone przewodem komunikacyjnym ze sterownikiem korzystają z jego zasilacza, jednostki centralnej i pamięci.

• W przypadku niewystarczającej liczby wejść/wyjść jednostki podstawowej użytkownik sam konfiguruje sterownik dobierając odpowiednią liczbę i rodzaj modułów, łącząc je ze sterownikiem kompaktowym.

Sterowniki modułowe Sterowniki modułowe

• Sterowniki modułowe pod względem konstrukcyjnym są podobne do typowych sterowników przemysłowych.

• Specyfika ich budowy polega na wykonaniu w oddzielnych obudowach modułów funkcjonalnych tj. zasilacza, jednostki centralnej, modułu komunikacyjnego oraz różnego rodzaju modułów wejścia i wyjścia.

• Projektant każdorazowo, zależnie od automatyzowanego obiektu, dobiera rodzaj i liczbę modułów łącząc je w zależności od konstrukcji przez zabudowę w kasetach (obudowa kasetowa) lub mechanicznie za pomocą odpowiednich złącz.

Sterowniki z modułami rozproszonymi Sterowniki z modułami rozproszonymi

• Sterowniki modułowe wykonywane są również w formie rozproszonej z modułami wejść i wyjść łączonymi z jednostką centralną kablem komunikacyjnym.

• Stosuje się je głównie na bardzo rozległych obiektach, gdzie doprowadzenie do sterownika sygnałów wejścia i wyjścia w formie standardowych sygnałów elektrycznych prądowych lub napięciowych wymagałoby wykonania bardzo kosztownego okablowania.

• Wielożyłowe kable elektryczne zastępuje wówczas znacznie krótszy i tańszy kabel komunikacyjny typu skrętka.

PRZYKŁADY STEROWNIKÓW PRZYKŁADY STEROWNIKÓW

O O

RÓŻNYCH KONSTRUKCJACH

RÓŻNYCH KONSTRUKCJACH

Regulator kompaktowy z fabrycznie Regulator kompaktowy z fabrycznie

zaprogramowaną aplikacją.

zaprogramowaną aplikacją.

• Regulator temperatury ALBATROS® RVA33.121 firmy Siemens

Regulator temperatury ALBATROS Regulator temperatury ALBATROS

• Jest zaprogramowanym fabrycznie regulatorem przeznaczonym do sterowania instalacji kotłowych wyposażonych w:

• 1-stopniowy palnik,

• zasobnik ciepłej wody użytkowej,

• pompę ładującą lub 2-położeniowo sterowany zawór,

• pompę kotłową,

• pompę strefy grzewczej.

Regulator temperatury ALBATROS Regulator temperatury ALBATROS

Podstawowe funkcje regulacyjne:

• regulacja temperatury wody na wyjściu z kotła nadążna (pogodowa) lub stałowartościowa, z wpływem lub bez wpływu czujnika temperatury w pomieszczeniu poprzez: 1-stopniowy palnik,

• sterowanie pompą obiegową c.o.,

• szybkie obniżenie i podwyższenie temperatury po okresach temperatury komfortu oraz obniżonej,

• automatyczne wyłączenie ogrzewania (funkcja końca sezonu ogrzewczego),

• sterowanie poprzez cyfrowy lub analogowy czujnik pomieszczeniowy, z uwzględnieniem dynamiki budynku, automatyczne dopasowanie wykresu regulacyjnego do budynku i zapotrzebowania ciepła (przy podłączonym czujniku pomieszczeniowym).

Programowalne regulatory (sterowniki) Programowalne regulatory (sterowniki)

kompaktowe z biblioteką aplikacji kompaktowe z biblioteką aplikacji

Zastosowanie pamięci programowej typu Flash EPROM stwarza możliwość fabrycznego wyposażania regulatorów w bibliotekę aplikacji standardowych, adaptacji tych aplikacji do danego obiektu sterowania a także tworzenia przez użytkownika nowych aplikacji.

Do tej grupy można między innymi zaliczyć:

• sterownik Excel (XL) 50 firmy Honeywell,

• serię regulatorów Synco™ 200 firmy Siemens,

• oraz

• SC-9100 firmy Johnson Controls Int.

Programowalne regulatory (sterowniki) Programowalne regulatory (sterowniki)

kompaktowe z biblioteką aplikacji kompaktowe z biblioteką aplikacji

Excel 50 firmy Honeywell

Excel 50

• Excel 50 dostępny jest w dwóch wersjach:

• 1. Wersja konfigurowalna (z modułami aplikacyjnymi różnymi dla poszczególnych grup aplikacyjnych). Kod aplikacji można wygenerować za pomocą programu selekcyjnego LIZARD i wprowadzić do pamięci sterownika za pomocą pulpitu operatorskiego.

• 2. Wersja swobodnie programowalna (z modułami aplikacyjnymi umożliwiającymi swobodne programowanie aplikacji). Wykonanie i załadowanie oprogramowania aplikacyjnego sterownika umożliwia program narzędziowy CARE™.

• Sterownik posiada 8 wejść analogowych i 4 wyjścia analogowe oraz 4 wejścia cyfrowe i 6 wyjść cyfrowych.

Każde 2 wyjścia cyfrowe umożliwiają bezpośrednie 3- położeniowe sterowanie siłownikiem.

Regulatory

Regulatory Synco™Synco™ 200 (RLU2..) firmy Siemens 200 (RLU2..) firmy Siemens

Regulatory

Regulatory Synco™ Synco™ 200 (RLU2..) firmy Siemens 200 (RLU2..) firmy Siemens

• Są przeznaczone do stosowania w prostych i złożonych instalacjach wentylacji, klimatyzacji i chłodzenia wodnego, do regulacji następujących zmiennych: temperatury, wilgotności, ciśnienia, przepływu powietrza, jakości powietrza w pomieszczeniu oraz entalpii

• Każdy typ regulatora zawiera 39 zaprogramowanych aplikacji.

• Podczas uruchamiania instalacji należy wprowadzić odpowiedni typ instalacji bazowej. Wszystkie funkcje związane z aplikacją, przyporządkowanie zacisków, niezbędne ustawienia i wyświetlane obrazy są uaktywniane automatycznie. Parametry, które nie są potrzebne, nie są uaktywniane.

Regulatory

Regulatory Synco™ Synco™ 200 (RLU2..) firmy Siemens 200 (RLU2..) firmy Siemens

• Ponadto każdy typ regulatora uniwersalnego ma załadowane 2 puste aplikacje: jedną dla typu podstawowego A (regulator wentylacyjny) oraz jedną dla typu podstawowego U (regulator uniwersalny).

• Przy użyciu wbudowanych elementów operatorskich lub interfejsu komunikacyjnego regulator oferuje następujące możliwości:

- uaktywnianie zaprogramowanej aplikacji, - modyfikowanie zaprogramowanej aplikacji,

- swobodne konfigurowanie dostępnych aplikacji.

• Regulatory z serii Synco™ 200, zależnie od typu posiadają do: 5 wejść uniwersalnych (rezystancyjne i napięciowe 0- 10V), 2 wejść cyfrowych, 3 wyjść analogowych (napięciowe 0-10V), 6 wyjść cyfrowych.

Regulator cyfrowy SC

Regulator cyfrowy SC--9100 firmy 9100 firmy Johnson Controls

Johnson Controls

Regulator cyfrowy SC

Regulator cyfrowy SC--9100 9100

• Regulator może posiadać w pamięci do 100 zaprogramowanych przez producenta gotowych aplikacji, do wykorzystania w automatyzacji instalacji grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych.

• Program aplikacyjny jest wybierany i dopasowywany przez zmianę parametrów podczas uruchamiania.

• W polu odczytowym regulatora wyświetlane są informacje dotyczące numeru katalogowego aplikacji, stanu wejść i wyjść oraz sterowania.

• Używając interfejsu komunikacyjnego można zaprogramować nowe aplikacje dopasowane do potrzeb użytkownika.

Regulator cyfrowy SC

Regulator cyfrowy SC--9100 9100

• Regulator posiada:

• 4 wejścia analogowe (2 napięciowe 0-10 V dc i 2 rezystancyjne NTC),

• 2 wejścia cyfrowe,

• 3 wyjścia analogowe (napięciowe 0-10 V dc),

• 2 wyjścia cyfrowe triakowe,

• oraz 1 wyjście cyfrowe przekaźnikowe.

Swobodnie programowalne sterowniki Swobodnie programowalne sterowniki

rozszerzalne rozszerzalne

Typowymi przedstawicielami tej grupy sterowników są:

• DX 9100 z modułami wejść/wyjść XT/XP firmy Johnson Controls Int.

• oraz sterowniki Xenta 300 z modułami wejść/wyjść serii XENTA 400 firmy TAC

Rozszerzalny sterownik DX

Rozszerzalny sterownik DX--9100 firmy Johnson 9100 firmy Johnson Controls

Controls

Rozszerzalny sterownik DX

Rozszerzalny sterownik DX--9100 9100

• W wersji DX 9126 posiada:

• 8 wejść analogowych (napięciowe 0-10 Vdc, prądowe 0/4- 20 mA dc, rezystancyjne),

• 8 wejść cyfrowych bezpotencjałowych,

• 6 wyjść cyfrowych triakowych,

• 4 wyjścia analogowe (napięciowe 0-10 Vdc lub prądowe 0/4-20 mA dc)

• oraz 4 wyjścia analogowe napięciowe0-10 Vdc.

• W przypadku, gdy jest wymagana większa liczba wejść/wyjść można dołączyć dodatkowe moduły XT/XP.

• Maksymalna liczba przyłączonych modułów rozszerzających XT/XP nie może przekroczyć liczby 64 wejść/wyjść.

TAC

TAC Xenta Xenta 300 300

TAC

TAC Xenta Xenta 300 300

• TAC Xenta 300 jest sterownikiem o ustalonych 20 wejściach/wyjściach z możliwością przyłączenia dwóch modułów rozszerzających o dalsze 20 wejść/wyjść oraz przenośnego panelu operatorskiego.

• Sterownik jest adresowany do sterowania systemów grzewczych i klimatyzacyjnych.

• Programowanie odbywa się z komputera przy pomocy programu narzędziowego TA Menta.

• Do bieżącej obsługi serwisowej regulatora służy przenośny panel operatorski wyposażony w 6 przyciskową klawiaturę oraz wyświetlacz LCD. Panel umożliwia zmianę nastaw, kontrolę parametrów oraz obserwowanie trendów.

• Sterownik posiada bufor pamięci umożliwiający zarchiwizowanie do 2000 wartości wybranych wielkości.

Sterowniki modułowe WAGO

Sterowniki modułowe WAGO

Sterowniki modułowe WAGO Sterowniki modułowe WAGO

• Do modułu sterownika mogą być przyłączane moduły wejść i wyjść w łącznej ilości do 248 wejść/wyjść cyfrowych lub 124 wejść/wyjść analogowych.

• Moduły wejść/wyjść są wykonywane w wersjach 1, 2, 4 oraz 8 kanałowych.

• Zastosowana konstrukcja umożliwia szybkie mechaniczne łączenie modułów, dużą niezawodność, odporność na drgania i nie wymaga konserwacji.

• Firma oferuje także moduły w wykonaniu przeciwwybuchowym EX.

• Sterownik sieciowy WAGO pracuje w systemach LonWorks i ETHERNET TCP/IP

Sterownik modułowy Excel 500

Sterownik modułowy Excel 500

Excel 500 firmy Honeywell Excel 500 firmy Honeywell

• Sterownik jest produkowany w wersji kasetowej oraz w wersji z modułami wejść/wyjść w formie rozproszonej.

• Moduł jednostki centralnej (procesora), moduł zasilacza oraz moduły komunikacyjne montowane są wyłącznie w kasetach.

• Moduły wejść/wyjść analogowych i cyfrowych są

wykonywane w formie kasetowej (do montażu w

kasetach) oraz w formie rozproszonej do montażu

na szynie DIN, umieszczanej na automatyzowanym

obiekcie w pobliżu elementów pomiarowych i

urządzeń wykonawczych.

Excel 500 firmy Honeywell Excel 500 firmy Honeywell

• Każdy moduł rozproszony posiada procesor ECHELON dzięki czemu komunikuje się ze sterownikiem poprzez interfejs komunikacyjny LonWorks.

• Magistrala komunikacyjna LonWorks łącząca moduły rozproszone z jednostką centralną jest wykonana w postaci 2-żyłowego kabla typu skrętka.

• Do jednego sterownika można przyłączyć maksymalnie 16 modułów wejść i wyjść co odpowiada obsłudze 128 punktów fizycznych oraz maksymalnie 256 punktom programowym.

• Moduł jednostki centralnej jest wyposażony w 16-bitowy mikroprocesor oraz pamięć programową typu Flash EPROM.

Kryteria doboru regulatorów cyfrowych Kryteria doboru regulatorów cyfrowych

(sterowników) (sterowników)

• . Dobrany regulator powinien posiadać:

– możliwość przyłączenia niezbędnej ilości i rodzajów sygnałów wejściowych i wyjściowych,

– możliwość realizacji wszystkich niezbędnych funkcji z zakresu regulacji i sterowania instalacji technologicznej;

zaprogramowanych i wpisanych do pamięci programowej przez producenta lub niezbędną pojemność pamięci regulatora swobodnie programowalnego do wprowadzenia aplikacji wykonanej przez programistę.

– w przypadku regulatorów swobodnie programowalnych dostępny i przyjazny dla użytkownika program narzędziowy do programowania (konfigurowania),

Kryteria doboru regulatorów cyfrowych Kryteria doboru regulatorów cyfrowych

(sterowników) c.d.

(sterowników) c.d.

– dla regulatorów przewidzianych do pracy w sieci BMS protokół komunikacji kompatybilny z zastosowanym systemem komputerowym,

– wymagany zakres dopuszczalnych parametrów klimatu w otoczeniu regulatora,

– wymagany rodzaj zasilania (np. napięciem bezpiecznym 24 V),

– dogodny sposób zabudowy (na ścianie, wewnątrz szafy na szynie DIN lub w elewacji szafy),

Kryteria doboru regulatorów cyfrowych Kryteria doboru regulatorów cyfrowych

(sterowników) c.d.

(sterowników) c.d.

– możliwość obsługi regulatora z panelu operatorskiego, – niezawodność,

– dostępny autoryzowany serwis.

- koszt regulatora porównywalny z kosztami innych regulatorów podobnej klasy,

- możliwie niski koszt okablowania pomiędzy regulatorem a urządzeniami pomiarowymi i wykonawczymi (aparaturą polową) np. przy dużych obiektach możliwość stosowania modułów

rozproszonych.

Dziękuję za uwagę !

Dziękuję za uwagę !