Dr inż. Jakub Możaryn, dr inż. Piotr Wasiewicz Zaawansowane Układy Automatyki PLC Zaawansowane Układy Automatyki PLC Wykład 4 – Algorytmy regulacji procesów ciągłych w PLC

(1)

Dr inż. Jakub Możaryn, dr inż. Piotr Wasiewicz

Zaawansowane Układy Automatyki PLC Zaawansowane Układy Automatyki PLC

Wykład 4 – Algorytmy regulacji procesów ciągłych w PLC

(2)

Struktury przemysłowych układów regulacji Układy regulacji o strukturze jedno-pętlowej:

Obiekt

Regulator +

+ -

-

w, SP y, PV

e u, CV

z x

Obiekt

Regulator +

+ -

-

w, SP y, PV

e u, CV

z x

Oznaczenia:

w - wartość zadana (SP-Set Point)

y - wielkość regulowana (PV, Process Variable)

e - odchyłka regulacji (e = SP – PV, Error)

u - sygnał sterujący (CV, Control Variable)

2

 Układ regulacji stałowartościowej/stabilizującej, gdy SP ma wartość stałą w skończonym przedziale czasu)

 Układ regulacji programowej, gdy SP zmienia się według ściśle określonej funkcji czasu

 Układ regulacji nadążnej, gdy SP zmienia się według nieznanej/

obserwowanej funkcji czasu

e --

e Variable)

x - sygnał zregulowany z - wielkość sterowana

(3)

Struktury przemysłowych układów regulacji

 pomocnicze wielkości regulowane

 sygnały korekcyjne

 dodatkowe sygnały sterujące

Niezadowalającą jakość regulacji, osiąganą dzięki stosowaniu

najprostszych, jedno-pętlowych układów regulacji, nawet pomimo optymalnych wartości nastaw algorytmów PID, można polepszyć stosując układy regulacji, w których strukturze wykorzystywane są:

3

 dodatkowe sygnały sterujące

(4)

Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układy regulacji, w których algorytmie, oprócz głównej wielkości

regulowanej PV, wykorzystywana jest dodatkowa, pomocnicza (jedna lub więcej) wielkość regulowana PV_P

+ + PV

-

Obiekt regulacji Z PV

PV_P CV

4

Spośród mających największe znaczenie praktyczne układów regulacji tego typu, należy wymienić:

 układ regulacji kaskadowej

 układ regulacji stosunku

 układ kaskadowej regulacji stosunku

SP Algorytm +

regulacji _-

(5)

Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji kaskadowej

PID F

L

P

Schemat funkcjonalny układu kaskadowej regulacji poziomu medium w kolumnie rektyfikacyjnej.

Możliwość wyodrębnienia w obiekcie zjawiska mającego wpływ na główną wielkość regulowaną (tu: wydatek przepływu medium poddawanego rektyfikacji).

5

rektyfikacji).

+ +

- -

z2

z1

CV1 E SP

PVP

G1 G2 PV

R2 R1

CV2

Schemat blokowy układu regulacji kaskadowej.

Oznaczenia: R₁ – regulator główny, R₂ – regulator pomocniczy, PV – główna wielkość regulowana, PV_P – pomocnicza wielkość regulowana, SP – wartość zadana, CV – sygnał sterujący, wyjście regulatora, z₁, z₂ – zakłócenia.

Transmitancja pierwotna obiektu, w strukturze stałowartościowej (bez regulatora R₂ ):

(6)

Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji kaskadowej

Regulator główny ^-

- +

E SP CV₁

B

PV A CV₂

z₂ z₁

PV_p

G₁ G₂

R₂

R₂ Obiekt zmodyfikowany

Regulator główny ^-

- +

E SP CV₁

B

PV A CV₂

z₂ z₁

PV_p

G₁ G₂

R₂

R₂ Obiekt zmodyfikowany

+ +

- -

z2

z1

CV1 E SP

PVP

G1 G2 PV

R2 R1

CV2

Transmitancja obiektu

zmodyfikowanego, którym zajmuje się regulator R₁:

6

+

E SP CV₁

R₁

+

E SP CV₁

R₁

Schemat blokowy układu regulacji kaskadowej w postaci zmodyfikowanej

Aplikacja algorytmu w PLC Saia

(7)

Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji kaskadowej - właściwości

 Regulator pomocniczy R₂ (typu P lub PD) ogranicza wpływ

zakłóceń Z₁, dlatego jego nastawy dobiera się z uwzględnieniem właściwości tylko obiektu G₁.

 Obiektem regulacji dla regulatora głównego R1 (typu PI lub PID) jest cały obiekt G1 * G2 wraz z regulatorem pomocniczym (z

dobranymi wcześniej nastawami) wprowadzonym w tryb automatyki.

7

dobranymi wcześniej nastawami) wprowadzonym w tryb automatyki.

 Neutralizacja właściwości dynamicznych obiektu G₁. Z transmitancji obiektu zmodyfikowanego, wynika że w paśmie częstotliwości, w którym obowiązuje relacja R₂(jω)G₁(jω) >> 1, transmitancja obiektu zastępczego ma w przybliżeniu postać:

(8)

Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji kaskadowej - właściwości

 Stopień kompensacji zakłóceń z₁ jest k-krotnie większy niż zakłóceń z₂ , gdzie:

 Brak poprawy jakości regulacji względem zakłóceń z₂.

 Linearyzacja charakterystyki statycznej obiektu G₁.

8

PV_p

0 0,5

1

1 2 3 4 5

B

A=CV₂+B

PV_p=f(CV₂) PV_p=f(B) PV_p=f(A)

CV₂ CV₂

PV_p

0 0,5

1

1 2 3 4 5

B

A=CV₂+B

PV_p=f(CV₂) PV_p=f(B) PV_p=f(A)

CV₂ CV₂

PV_P = f(CV₂): przykładowa, nieliniowa ch-ka statyczna obiektu G₁

PV_P = f(B): odwrócona charakterystyka statyczna regulatora R₂

Z równania węzła sumacyjnego:

CV₂= A – B (stąd: A = CV₂ + B) wynika linearyzacja ch-ki statycznej obiektu G₁:

PV_P = f(A) = f (CV₂ + B)

(9)

Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ regulacji stosunku

Sensor₁ Q₂

Q₁

Q i

Q i Aktuator

Sensor₂

Sensor₁ Q₂

Q₁

Q i

Q i Aktuator

Sensor₂

k

F

x P

WODA POWIETRZE

9

Schemat blokowy układu regulacji stosunku przepływów mediów Q₂ = k * Q₁

k R

PLC _k

R

PLC

F

PID T OLEJ

PALNIK

Schemat funkcjonalny układu regulacji stosunku przepływów paliwo-powietrze

(10)

Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ kaskadowej regulacji stosunku

Schemat funkcjonalny układu kaskadowej regulacji stosunku przepływów paliwo- powietrze wraz z dodatkowym układem regulacji temperatury wody grzanej

poprzez sterowanie wydatkiem przepływu oleju opałowego

PID

F

Q x P

WODA GRZANA POWIETRZE

OLEJ

10

Schemat blokowy układu kaskadowej regulacji stosunku przepływów paliwo-powietrze

k

Q₂

SP R₁

R₂

• Q

i

i Q

O₂ i

Komora Spalania

Sensor₃ Sensor₁

Sensor₂

Aktuator

Q₁ k

Q₂

SP R₁

R₂

• Q

i

i Q

O₂ i

Komora Spalania

Sensor₃ Sensor₁

Sensor₂

Aktuator

Q₁

F

PID T OLEJ

PALENISKO

(11)

Układy regulacji z pomocniczymi wielkościami regulowanymi Układ kaskadowej regulacji stosunku

11

Aplikacja algorytmu w PLC Saia

(12)

Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi

Wyróżnia się dwa rodzaje układów zamknięto-otwartych, w których korekcja od zakłóceń dokonywana jest na:

W celu poprawy jakości regulacji osiąganej w układach regulacji stałowartościowej stosuje się korekcję od zakłóceń (gdy można je

zmierzyć, ale nie można ich sterować), poprzez dołączenie do takiego układu zamkniętego dodatkowego układu otwartego.

12

korekcja od zakłóceń dokonywana jest na:

 wyjściu regulatora

 wejściu regulatora

(13)

Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi Kompensacja zakłóceń na wyjściu regulatora

+ +

-

+ +

G₁ G₂

R

E D₂

SP CV

Z PV

+

+ +

-

+ +

G₁ G₂

R

E D₂

SP CV

Z PV

+

13

Transmitancja zakłóceniowa układu regulacji ma postać:

stąd, warunek kompensacji wpływu zakłóceń:

R R

(14)

Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi

Przykład kompensacji zakłóceń na wyjściu regulatora w układzie regulacji pH wody w sulfitatorze cukrowniczym, w którym istotnym źródłem zakłóceń jest ciśnienie mieszaniny SO₂, SO i powietrza. Jest to wielkość, której zakłócenia poddane przekształceniu PD, korygują sygnał sterujący (wyjście regulatora).

14

(15)

Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi Kompensacja zakłóceń na wejściu regulatora

- SP

+ + +

G₁ G₂

D₁

R E

Z PV

+ - SP

+ + +

G₁ G₂

D₁

R E

Z PV

+

15

Transmitancja zakłóceniowa układu regulacji ma postać:

stąd, warunek kompensacji wpływu zakłóceń:

+

R +⁺ ⁺ +

R +

(16)

Układy regulacji z sygnałami korekcyjnymi Kompensacja zakłóceń w układach o strukturze złożonej

+ +

-

+ +

G₁ G₂

R D₂

CV SP

PV

+

+ +

-

+ +

G₁ G₂

R M

CV SP

PV

+

G₁ R₂

2

1

Z₁

Z₂

PV_P

16

Przykład korekcji wprowadzonej na wejście regulatora pomocniczego w układzie regulacji kaskadowej.

W tym przypadku, człon korekcyjny M(s) ma postać : M(s) =

G₁ R₂

1

(17)

Układy regulacji z więcej niż jednym sygnałem sterującym

Układ, w którym regulacja danej wielkości PV odbywa się z udziałem tego samego sygnału sterującego doprowadzonego do dwóch różnych aktuatorów oddziaływujących na różne współrzędne stanu procesu.

+ +

SP PV

+

-

Obiekt regulacji

PV

+

Z

CV_P CV

17

Przykład układu regulacji temperatury produktu nagrzewanego parą, w którym właściwą temperaturę ogrzewanego produktu uzyskuje się za pomocą odpowiedniego oddziaływania zarówno na wydatek

przepływu tego produktu jak też na strumień przepływu pary grzewczej w wężownicy.

+ _SPSP Algorytm +

regulacji

-

(18)

Układy regulacji sekwencyjnej

Układ regulacji temperatury i wilgotności powietrza stosowany w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning).

H

nagrzewnica chłodnica

100%

wyjścia sekwen-

cyjne chłodzenie

grzanie

Y1 Y3 Y2

nawilżanie

nawilżacz

Nawiew

wentylator

18

80°C 13°C

PI

SEQ Y1

Y3 PV

CV

korekcja lato / zima

SP

Y2

0% 50% 100%

wyjście regulatora PI cyjne

25%

4°C 90°C para

wodna

SP CV SEQ

SEQ CV

(19)

Zaawansowane algorytmy sterowników PLC

1. Algorytmy regulacji: Regulatory dwustanowe (2P, 2P PM-Pulse

Modulation, 2*2P, 2P z dwoma wielkościami regulowanymi), Regulatory trójstanowe (3P, 3P), Regulatory typu PID (P, PI, PID, PID-2P PM, PID-3P PM, PID 3P PM ze sprzężeniem od położenia zaworu), Regulatory

adaptacyjne z wyłączaniem akcji I, (P-PI, P-PI_Enable, P-PID), Regulator z kompensacją zakłóceń (PZ-Feedforward), Regulator krokowy

2. Funkcje korekcyjne: ogranicznik wartości sygnału, ogranicznik prędkości zmian wartości sygnału, strefa martwa, histereza, warunkowy offset,

przełączniki

19

przełączniki

3. Modele obiektów: Element inercyjny 1.rzędu (Filtr T1-Lead/Lag), Symulacja temperatury zewnętrznej (Filtr T2), Integrator, Model

właściwości grzewczych budynku w funkcji temperatury zewnętrznej i pojemności cieplnej ścian

4. Funkcje specjalistyczne HVAC : Funkcja ekonomicznego mieszania powietrza, Regulacja sekwencyjna: grzanie-chłodzenie, Regulacja sekwencyjna: grzanie-mieszanie-chłodzenie, Regulacja sekwencyjna:

grzanie 2P - chłodzenie 3P, Sekwencja (1-4 poziomy) 5. Technologia Web w sterownikach PLC

(20)

Standard Application

Biblioteki funkcji FBD

Standard biblioteka podstawowych

bloków FBD

Application biblioteka

specjalizowanych bloków FBD

(21)

Biblioteka specjalizowanych funkcji FBD - Application

(22)

Regulator 2P 1

(23)

Regulator 2P

Działanie odwrotne (revers):

Działanie wprost (direct):

włączanie wyjścia Y następuje dla wartości X większej aniżeli wyłączanie, np. dla chłodzenia

1

włączanie wyjścia Y następuje dla wartości X mniejszej aniżeli wyłączanie, np. dla grzania

W obu przypadkach histereza jest dodatnia, bowiem przełączanie wyjścia Y następuje przy opuszczaniu strefy histerezy.

Ujemną histerezę można uzyskać, w układach konwencjonalnych, w wyniku zastosowania korekcji dynamicznej w sprzężeniu zwrotnym.

(24)

Regulator 2P PM 1

FB ‘Output, 2 Points’ służy do przetwarzania sygnału ciągłego (np. wyjścia CV z regulatora typu PID) na sygnał binarny w postaci modulowanych impulsów.

(25)

Regulator 2P PM 1

FB ‘Output, 2 Points’

generuje impulsy oraz pauzy na wyjściu

binarnym, w funkcji ciągłego sygnału wejściowego.

Dla wartości sygnału

wejściowego równej 50%

zakresu, impulsy i pauzy są generowane

naprzemiennie. Powyżej 50% zakresu, impulsy są dłuższe, natomiast

poniżej 50%, pauzy są dłuższe.

(26)

Regulator 2*2P 1

FB ‘Burner cascade 2*2’ służy do sterowania dwóch grzejników na podstawie mierzonej temperatury wyjściowej z tych grzejników.

(27)

Regulator 2*2P 1

Spadek temperatury poniżej wartości ‘Switch-off ’,

Każdy z grzejników może pracować w trybie „Low Jet”

lub „High Jet”, co pozwala na ustanowienie łącznie 5

poziomów pracy.

wartości ‘Switch-off ’, powoduje przełączenie na

„niższy” poziom pracy, natomiast przekroczenie wartości ‘Switch-on’,

powoduje przełączenie na poziom „wyższy”. Punkt

‘Switch-off ’ jest parametrem zadawanym, natomiast punkt

‘Switch-on ’wyliczany jest na podstawie zadanej histerezy.

(28)

Regulator 2P z dwoma wielkościami regulowanymi 1

FB ‘RegBlr - Boiler load’ jest regulatorem dwustanowym z wyjściem binarnym Y (on/off), dedykowanym do regulacji temperatury w bojlerze, na podstawie odczytu temperatury ‘X’ z dwóch sensorów:

Up – położonego w górnej części zbiornika (gdzie temperatura jest zazwyczaj wyższa),

Lo – położonego w dolnej części zbiornika (gdzie temperatura jest zazwyczaj niższa.

(29)

Regulator 2P z dwoma wielkościami regulowanymi 1

Spadek temperatury zmierzonej przez górny czujnik (XUp) poniżej wartości progowej ‘Switch-on’, powoduje włączenie grzania wody w bojlerze, natomiast wzrost temperatury zmierzonej przez dolny czujnik (XLo) powyżej wartości progowej ‘Switch-off ’, powoduje wyłączenie grzania.

(30)

Regulator 3P 1

(31)

Regulator 3P

Działanie wprost (direct):

przełączanie wyjścia Y- następuje dla wartości X mniejszej aniżeli

przełączanie wyjścia Y+, np. dla chłodzenia

1

przełączanie wyjścia Y- następuje dla wartości X

większej aniżeli przełączanie wyjścia Y+,

np. dla grzania

Wszystkie histerezy są dodatnie i usytuowane są z odstępem stanowiącym strefę niejednoznaczności

(32)

Regulator 3P PM 1

32

(33)

Regulator P 1

33

(34)

Regulator PI 1

34

(35)

Regulator PID 1

35

(36)

Regulator PID 2P PM 1

(37)

Regulator PID 3P PM 1

(38)

Regulator PID 3P PM ze sprzężeniem od położenia zaworu 1

(39)

Regulator PID 3P PM ze sprzężeniem od położenia zaworu 1

Boiler load to regulator

(40)

Regulator P-PI 1 Algorytm PI z wyłączaną akcją całkującą w funkcji odchyłki regulacji.

40

(41)

Regulator P-PID 1 Algorytm PID z wyłączaną akcją całkującą w funkcji odchyłki regulacji.

(42)

Regulator P-PI Enabled 1 Algorytm PI z wyłączaną akcją całkującą sygnałem zewnętrznym (EnI).

42

Yis - punkt pracy po wyłączeniu akcji całkującej.

(43)

Regulator PZ 1 Algorytm PZ z kompensacją zakłóceń (układ zamknięto-otwarty z

korekcją na wyjściu regulatora, Feedforward)

43

(44)

Regulator krokowy 1

Wszystkie

44

(45)

Funkcje korekcyjne: ogranicznik wartości sygnału 2

45

(46)

Funkcje korekcyjne: ogranicznik prędkości zmian wartości sygnału2

46

(47)

Funkcje korekcyjne: strefa martwa 2

47

(48)

Funkcje korekcyjne: strefa martwa w zerze 2

48

(49)

Funkcje korekcyjne: histereza 2

49

(50)

Funkcje korekcyjne: warunkowy offset 2

50

(51)

Funkcje korekcyjne: przełączniki 2

51

(52)

Element inercyjny 1.rzędu (Filtr T1: Lead/Lag) 3

52

Y = Yt_1 + (X - Yt_1) * Te/T1 gdzie:

X - wejście Y - wyjście

Te - okres próbkowania T1 - stała czasowa

Yt_1 - poprzednia wartość Y

Stała czasowa T1

(53)

Symulacja temperatury zewnętrznej (Filtr T2) 3

53

(54)

Integrator 3

54

(55)

Model właściwości grzewczych budynku w funkcji temperatury zewnętrznej i pojemności cieplnej ścian

3

55

(56)

Funkcja ekonomicznego mieszania powietrza 4

56

(57)

57

(58)

Rekuperator Przepustnica wywiewu

Przepustnica nawiewu

Temperatura na zewnątrz

Temperatura nawiewu

Temperatura w pomieszczeniu Grzanie Chłodzenie Temperatura

wewnątrz

TN

TP

58

Schemat układu regulacji temperatury powietrza w pomieszczeniu z użyciem

nagrzewnicy, chłodnicy i rekuperatora. Aplikację algorytmu regulacji sekwencyjnej zrealizowano w języku FBD sterownika PLC Saia.

(59)

Regulacja sekwencyjna: grzanie-chłodzenie 4

59

(60)

Regulacja sekwencyjna: grzanie-mieszanie-chłodzenie 4

(61)

Regulacja sekwencyjna: grzanie 2P - chłodzenie 3P 4

61

(62)

Sekwencja (1-4 poziomy) 4

62

(63)

Technologia Web w sterownikach PLC

Web-Server: program zintegrowany z systemem operacyjnym sterowników PLC

Przechowuje on wszelkiego rodzaju dokumenty i informacje (pliki

HTML, applety Java, obrazy, grafika GIF, podręczniki użytkowe, listy części zapasowych, adresy i linki, kontakty telefoniczne...).

Web-Server przetwarza kwerendy z przeglądarki i aktualizuje

odpowiednie strony Web danymi z bazy danych sterownika PLC.

5

odpowiednie strony Web danymi z bazy danych sterownika PLC.

Dane PLC dostępne są za pomocą specjalnych rozkazów tekstowych plików HTML, lub z użyciem instrukcji CGI calls z poziomu

appletów Java lub skryptów.

Istnieje możliwość zabezpieczenia dostępu do stron HTML i danych PLC za pomocą wielopoziomowego hasła.

63

(64)

Web-Editor: narzędzie add-on managera projektów PLC do kreowania aplikacji Web (animowanych stron internetowych) Aplikacje

stworzone przez Web-Editor

zapewniają

bezpośredni dostęp

5

bezpośredni dostęp (automatyczne

odświeżanie w przeglądarce poprzez applety Java) do

zmiennych i symboli

sterownika PLC

64

(65)

Strony tworzone są poprzez usytuowanie i parametryzowanie

obiektów graficznych (teksty, symbole i obiekty graficzne, przyciski, wyświetlacze, bargrafy, itp.), bez umiejętności programowania w

językach Java lub HTML. Web-Editor umożliwia obsługę grafiki GIF (fotografie, rysunki, schematy) za pomocą znanych z Windows

funkcji formatowania takich jak grupowanie, orientowanie, itp.

5

65 65

Przykładowo:

okno interfejsu operatorskiego dla ustawienia trendu zmiennej procesowej

(66)

Strony tworzone są poprzez usytuowanie i parametryzowanie

obiektów graficznych (teksty, symbole i obiekty graficzne, przyciski, wyświetlacze, bargrafy, itp.), bez umiejętności programowania w

językach Java lub HTML. Web-Editor umożliwia obsługę grafiki GIF (fotografie, rysunki, schematy) za pomocą znanych z Windows funkcji formatowania takich jak grupowanie, orientowanie, itp.

Strony Web kreowane są dla różnych

5

66 66

dla różnych

rozdzielczości ekranu na zasadzie WYSIWYG (What You See Is What You Get). Strony Web mogą być tworzone również za pomocą

standardowych edytorów HTML (np. Frontpage).

(67)

Web-Builder: narzędzie add-on managera projektów PLC, do generowania i zarządzania aplikacjami Web-Servera.

Pliki przeznaczone dla programu Web-Server (np. strony HTML, applety Java, obrazy) są wybierane z katalogu projektu PLC przy użyciu poniższego okna dialogowego a następnie konwertowane do formatu PLC. Po procedurze kompilacji (build) cały projekt jest

transferowany (download) do sterownika PLC.

5

67 67

transferowany (download) do sterownika PLC.

(68)

Web-Connect: program typu stand-alone, działający w tle, w nadrzędnym komputerze PC, lub w panelu operatorskim Nawiązuje on połączenie pomiędzy przeglądarką internetową (w

Intranecie/Internecie) i Web-Serverem sterownika, zapewniając ciągły dostęp do danych poprzez interfejsy lub sieci różnych standardów

komunikacyjnych (Ethernet TCP/IP, Profibus…), jak również poprzez standardowe porty szeregowe (RS 232, RS 485, modem ...).

5

68 68

standardowe porty szeregowe (RS 232, RS 485, modem ...).

Oznacza to, że przeglądarki mają dostęp do wszystkich dołączonych PLC,

wyposażonych w Web-Servery i tym samym płatna licencja na publiczny adres IP jest

wymagana wyłącznie na PC.

(69)

Web-Browser: przeglądarka internetowa (np. Internet Explorer) Zapewnia dostęp do stron HTML wbudowanych w sterowniki PLC, moduły we/wy oddalonych RIO lub konsole operatorskie.

Połączenie jest ustanawiane w przeglądarce w tradycyjny sposób poprzez wprowadzenie URL (np. www.frontend-PC.com/PCD- controller/web-page.html).

5

69 69

controller/web-page.html).

W celu poszerzenia możliwości aplikacji Web, na nadrzędnym PC może również działać server OPC lub system SCADA.

(70)

 AI: wejścia analogowe prądowe 0-20 mA lub 4-20 mA, dwu- przewodowe

wyświetlacze, wskaźniki itp.

 schemat podłączeń przetworników

dwu-przewodowych zasilanych ze źródła

Interfejs procesowy sterowników PLC Moduły wejść analogowych AO

70

zasilanych ze źródła

zewnętrznego, podobnie jak moduły cyfrowe

typu SINK.

 nie można zwierać obwodów bez

minimalnego obciążenia dla źródła zasilania.

(71)

 AI: wejścia analogowe prądowe 0-20 mA lub 4-20 mA, cztero- przewodowe

 schemat podłączeń przetworników

cztero-przewodowych zasilanych ze źródła

71

zasilanych ze źródła

zewnętrznego, podobnie jak moduły cyfrowe

typu SINK.

 nie można zwierać obwodów bez

minimalnego obciążenia dla źródła zasilania.

(72)

 AI: wejścia analogowe napięciowe 0-10 VDC

 pomiar napięcia źródła, które nie może być nazbyt obciążane.

Rezystancja wejściowa kanału powinna więc być duża, co zwiększa wrażliwość na

72

zwiększa wrażliwość na zakłócenia. Konieczne jest

więc ekranowanie przewodów, dodatkowo wprowadzające

pojemnościowe obciążenie

źródła, i to zazwyczaj zmienne w czasie. Zatem, wejścia te są podatne na duże zakłócenia.

 nie można zwierać obwodów bez minimalnego obciążenia dla źródła zasilania.

(73)

AI: wejścia analogowe dla sygnałów z różnych sensorów temperatury:

 Termopary, termoogniwa (thermocouples), stosowane w zakresie od -200 do 2800°C, stanowią połączenie dwóch różnych metali, na końcach których powstaje siła elektromotoryczna

proporcjonalna do różnicy temperatur

73

proporcjonalna do różnicy temperatur

 Termometry oporowe, metaliczne (RTD, Resistive Temperature Device), stosowane w zakresie od -200 do 800°C, wykorzystują wzrost rezystancji metali w funkcji temperatury (np. sensory platynowe Pt 100 mają wartość rezystancji 100  w temp. 0°C)

 Sensory półprzewodnikowe, głównie termistory lub złącza diodowe, stosowane w zakresie od -50 do 150°C

(74)

Obliczone wartości sygnałów sterujących są przetwarzane przez przetworniki cyfrowo- analogowe w modułach wyjść analogowych na wartości

napięcia lub prądu w

Interfejs procesowy sterowników PLC Moduły wyjść analogowych AO

74

napięcia lub prądu w

obwodach wyjściowych tych modułów.

Niezbędne jest stosowanie optoizolacji obwodów wyjść analogowych od magistrali sterownika.

(75)

Sieci polowe (FieldBus) stosuje się dla celów otwartej komunikacji szeregowej, zapewniającej wymianę danych pomiędzy sterownikami PLC i różnymi urządzeniami automatyki i pomiarów (sensory,

aktuatory).

Interfejs procesowy sterowników PLC

Moduły komunikacyjne sieci polowych (FieldBus)

75

(76)

Listwa obiektowa

Konwencjonalny dostęp do sygnałów procesowych Interfejs procesowy sterowników PLC

76

obiektowa

Szafa w centralnej sterowni

(77)

Dostęp do sygnałów procesowych w technice rozproszonej

Skrzynki obiektowe

Interfejs procesowy sterowników PLC

77

FieldBUS

(78)

Dostęp do sygnałów procesowych w technice rozproszonej Interfejs procesowy sterowników PLC

78

FieldBUS

(79)

Cechy charakterystyczne sieci przemysłowych:

 oszczędności w okablowaniu

 wysoka efektywność przenoszenia dużej liczby krótkich informacji

 ograniczony, zdeterminowany czas przekazywania danych

 łatwość dołączania kolejnych urządzeń (sensorów, aktuatorów) Interfejs procesowy sterowników PLC

79

 łatwość dołączania kolejnych urządzeń (sensorów, aktuatorów)

 duża odporność na zakłócenia przemysłowe oraz łatwość lokalizacji uszkodzeń

(80)

 Sieci firmowe, np.: Saia-Bourgess: S-BUS; Modicon: Modbus+, UNI-TELWAY, FIPWAY, FIPIO)

 Sieci otwarte:

• Modbus

Najczęściej stosowane w automatyzacji standardy sieciowe:

• Ethernet TCP/IP Interfejs procesowy sterowników PLC

80

• Modbus

• HART

• PROFIBUS DP/PA/FMS

• LonWorks

• CAN

• EIB / KNX

• Foundation Fieldbus

• Ethernet TCP/IP

• OPC

• DALI

• EnOcean

• BACnet