Márkus Zsolt markus.zsolt@qos.hu Az irányítástechnika (automatika) az önműködő irányítás törvényszerűségeivel, és a gyakorlati megvalósításlehetőségeivel foglalkozik. Építőelemek összessége (eszköz, berendezés, módszer, művelet), mellyel az irányító berendezések megtervezhetők. 1
Folyamat minél szélesebb körre való kiterjesztése. Tevékenység Forgalom Termelékenység növelése Biztonságosságnak, Egyenletességnek, Változások követésének, Termék minőségének javítása Az energia felhasználás csökkentése Az emberi tényező hatásainak kiküszöbölése A veszélyes környezetben kezelő nélküli irányítás megvalósítása Az irányítás olyan művelet amely valamely folyamatot: Elindít Fenntart Megváltoztat Megállít Egy folyamatot (rendszert) elindítani általában nem nehéz, azonban a leállítása sokszor igen nehézkes. Nagyon fontos tisztában lenni a megtervezett, beindított folyamat, működési mechanizmusával is. 2
1986 - Csernobil egy kísérletet elindítottak, a folyamatot nem tudták fenntartani, a megváltoztatás sem sikerült, csak a rendszer felrobbanása állította meg a kísérletet! 3
az irányított folyamat valamely paraméterének (irányított jellemzőx i )előírtmódonvalóbefolyásolása. Ilyen feladatok (paraméterek) lehetnek pl.: Hőmérséklet szinten tartás, változtatás Keverék előállítás Fordulatszám manipuláció Pozícionálás (faltól, sávtól való eltérés) Stb. stb. stb. 4
Szükségünk van egy jellemzőre ami (adott műszaki feltételek mellett) alkalmas az irányított jellemző befolyásolására. (módosítottjellemzőx m ) kemence fűtő árama szelep állása üzemanyag mennyiség kormány pozíció, stb Az irányított jellemző, nem csak a módosított jellemzőtől függ. Léteznek olyan hatások (paraméterek) melyek nem állnak az irányító berendezés hatása alatt. Ezeket a zavaró jellemzők x z! 5
Irányítási folyamat paraméterei irányított jellemzők (x i ) módosított jellemzők (x m ) zavarójellemzők (x z ) Az irányítás egyik feladata,hogy a zavaró jellemzőknek (x z ) az irányított jellemzőkre (x i ) gyakorolt nem kívánatos hatását a módosított jellemzők (x m ) megfelelő változtatásával kiküszöbölje. A termelési folyamatnak azt a helyét ahol az anyag-energia átalakulás megadott korlátok között -megvalósul(amire az irányítási tevékenység irányul) szakasznak hívjuk. Tulajdonságait analitikus, vagy grafikus függvénykapcsolattal írjuk le 6
Zavaró jellemzők x z1 x z2 x z3 x zn Anyag1 Energia1 Anyag2 Energia2 Módosított jellemzők x mk x m3 x m2 x m1 Irányított berendezés (szakasz) x ig x i3 x i2 x i1 Irányított jellemzők az eszközöknek, berendezéseknek és vizsgálati módszereknek, ill. törvényszerűségeknekaz összességét, amellyel az automatizáláselőfeltételei vizsgálhatók, az irányítóberendezések megtervezhetők és megépíthetők, előírt minőségben üzemeltethetők, a karbantartás megvalósítható. 7
Egyszerű (kézi) Emberi tényező Irányítás egészét vagy részét ember látja el. Pl.: gépkocsi Önműködő A teljes irányítás a kezelő személyzet beavatkozása nélkül valósul meg Számítógépes Önműködő irányításon túl még, algoritmusok segítségével optimalizálást is lehetővé tesz 1. Cél meghatározás 8
1. Célkitűzés 2. Irányítandó folyamat jellemzőinek érzékelése 1. Célkitűzés 2. Irányítandó folyamat jellemzőinek érzékelése 3. Ítélet alkotás 9
1. Célkitűzés 2. Irányítandó folyamat jellemzőinek érzékelése 3. Ítélet alkotás 4. Jelformálás 1. Célkitűzés 2. Irányítandó folyamat jellemzőinek érzékelése 3. Ítélet alkotás 4. Jelformálás 5. Rendelkezés 10
1. Célkitűzés 2. Irányítandó folyamat jellemzőinek érzékelése 3. Ítélet alkotás 4. Jelformálás 5. Rendelkezés 6. Beavatkozás (folyamat befolyásolása) A szerkezeti egységeken áthaladó hatások a jelek Az irányítási rendszer szerkezeti egységekből áll. (elem, szerv, készülék, berendezés) A szerkezeti egységek kötött sorrendben építik fel az irányítórendszert, amelynek révén az egységek hatásláncot alkotnak. A jelhordozó maga fizikai mennyiség, amely a jelek továbbításának és a feldolgozásának technológiájára gyakorol hatást 11
A hatáslánc tehát részegységekből épül fel, melyek megvalósítják a jelátvitelt. A jelátviteli sajátosságok jellemzésére (leírására) létrehozott absztrakció a tag. Működés szempontjából a tag a hatáslánc önálló része, amely az egyes jelek között oksági és függvény kapcsolatot fejez ki. (differenciál egyenletek) Irányító készülék vagy berendezés Irányítórendszer Irányítási hatás Anyag1 Energia1 Irányított szakasz Anyag2 Energia2 Irányított rendszer F o l y a m a t 12
Irányítási rendszerek ábrázolása Szerkezeti vázlat Működési vázlat Hatásvázlat Tömbvázlat Jelfolyamábra 13
az irányítási rendszer vázlatos vagy jelképes szerkezeti ábrázolása. nyomon követhető a hatásláncban lévő szervek, készülékek működése. a részek irányítástechnikai funkcióját ábrázolja. a lényeges rendszertechnikai tulajdonságokat jobban kidomborító ábrázolás. a szervek, készülékek rajzjelei szabványosak. 14
x a Alapjelképző szerv x r x v Erősítő x s x e Érzékelő szerv x v x b Végrehajtó szerv x a x e x r Különbségképző szerv x b x m Beavatkozó szerv x a x v Szabályozó készülék bemenőjel kimenőjel Jelátalakító szerv x e a hatáslánc elvi ábrázolása. a lényeges egységeket geometriai alakzatokkal jelképezzük Hatásvázlat részei: irányított szakasz jelátvivő tagok hatásirány jelalakok 15
Jelelágazás x 1 =x 2 =x 3 Tag, bemenőés kimenőjelek x 2 =x 1 Y x 1 x 1 Y 1 x 2 x 2 x 3 x 2 Tagok által módosított jelek összegzése x 3 =Y 1 x 1 -Y 2 x 1 Tagok párhuzamos kapcsolása x 2 =(Y 1 +Y 2 )x 1 x 1 x 2 Y 1 Y 2 Y 1 Y 2 x 3 x 2 Jelösszegzés x 4 =x 1 +x 2 +x 3 x 1 x 3 x 4 Visszacsatolás x 2 =(Y 1 /(1±Y 1 Y 2 ))x 1 x 1 Y 1 x 2 Y 2 Tagok soros kapcsolása x 3 =Y 2 x 2 =Y 2 Y 1 x 1 x 1 x 2 x Y 3 1 Y 2 Jelelágazás x 1 =x 2 =x 3 x 1 1 1 x 2 x 3 Tagok által módosított jelek összegzése x 3 =Y 1 x 1 -Y 2 x 1 x 1 Y 1 x 2 x 3 Y 2 Tag, bemenőés kimenőjelek x 2 =x 1 Y Jelösszegzés x 4 =x 1 +x 2 +x 3 x 1 x 1 x 2 x 3 Y 1 1 1 x 2 x 4 Tagok párhuzamos kapcsolása x 2 =(Y 1 +Y 2 )x 1 Visszacsatolás x 2 =(Y 1 /(1±Y 1 Y 2 ))x 1 x 1 x 1 Y 1 Y 2 Y 1 x2 x 2 ±Y 2 Tagok soros kapcsolása x 1 x 2 Y 1 Y 2 x 3 x 3 =Y 2 x 2 =Y 2 Y 1 x 1 16
Az irányítási rendszerek alaptípusai Az irányító rendszert az irányított szakasszal való kapcsolata alapján 3(4) alaptípusba soroljuk: Adatgyűjtés Vezérlés Szabályozás 17
A folyamatról lényeges információkat szerzünk és azt a feldolgozás tárolás helyére továbbítjuk. A rendszer működését nem befolyásoljuk Nyitott hatáslánc: vizsgálandó folyamattól -> tárolóig Az irányított folyamatba való beavatkozásrészben magának a folyamatnak egyes jellemzőitől, részben más külső feltételektől függ. A kívánt hatás végrehajtásával a vezérlés befejeződik A szakaszra ható zavaró jellemzők a vezérléssel kiváltott hatást nem befolyásolják! Nyitott 18
A folyamatban (szakasz) létrejött változást összehasonlítjuk a célkitűzéssel. Az eltéréstől függően folyamatosan (vagy időszakosan) beavatkozunk, hogy az eltérés nulla legyen A zavaró jellemzőket kiküszöböli Az irányított folyamatban beállt változás visszahat önmagára, ezért a hatáslánc zárt 19
Szabályzási feladat szerint, értékkészlet szerint, időbeli lefolyás szerint, segédenergia szerint Azt a szabályzást, amelynek feladata valamely fizikai-kémiai-technológiai jellemző (x s ) állandó értéken tartása, értéktartó szabályzásnak nevezzük. Ehhez (x a ) alapjel állandó értéken tartása szükséges 20
Az olyan szabályozást, melynek feladata valamely folyamatjellemző (x s ) előírt módú változtatása, követő szabályozásnak nevezzük. Ebben az esetben az alapjel (x a ) folyamatosan változik Két alcsoport A szabályozott jellemző egy hasonló jellemzőt követ: értékkövető szabályozás (pl.: hajó kormány) A szabályozott jellemzőt előírt módon változtatni: menetrendi vagy programszabályozás A szabályozási kör értékkészletét a végrehajtó szerv jelleggörbéje szerint értelmezzük. Folytonos: tetszőleges értéket vehet fel Állásos: diszkrét értékek (pl.: két pozíció) 21
Folyamatos: szabályozási művelet folytonos lefolyású (érzékelés, ítélet alkotás, beavatkozás) Mintavételes: szabályozási műveletre csak időnként kerül sor A legtöbb szabályzás segédenergia bevonásával működik Villamos, pneumatikus, hidraulikus, mechanikus Segédenergia nélküli szabályzás a szakaszból tplálkozik 22
23
2. Fejezet - kiegészítés differenciáljának nevezzük azt a lineáris függvényt, mely a függvény növekményét legjobban közelíti. tehát közelítő értéke a függvényérték két közeli pont közti eltérésének. 24
A derivált lényegében annak a mértéke, hogy egy függvény, görbéjéhez rajzolt érintője milyen meredek, (függvény növekedésének elemzése). A deriváltból következtethetünk a függvény: menetére szélsőértékeire grafikonjának görbületére a növekedés mértékére (gyorsan változik-e a függvény vagy lassan) a függvény közelítő értékére, lineárissal történő közelíthetőségére. az ismeretlen kifejezés egy differenciálható függvény, és az egyenlet a függvény és ennek deriváltja között teremt kapcsolatot. Pl.: Lineáris oszcillátor: (megoldása: x(t)=sin(x)) Megoldások 25
26