1

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

PRSUS

Projektowanie i symulacja

układów sterowania

1. Wstęp do układów sterowania

dr inż. Mirosław Nejman

Konsultacje:

pok. ST 142, pon. 14-15, czw. 12-13

e-mail: [e-mail]

tel.: [phone]

http://www.cim.pw.edu.pl/prsus

Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Plan wykładu

1. Wstęp do układów sterowania
2. Zasady budowania algorytmów
3. Sterowanie logiczne i sekwencyjne

-

układy przekaźnikowe

-

kombinacyjne układy logiczne

-

układy sekwencyjne

4. Elementy i układy sterowania pneumatycznego
5. Elementy i układy sterowania hydraulicznego
6. Projektowanie układów automatycznej regulacji

-

transformata Laplace’a, transmitancje

- charakterystyki czasowe

-

stabilność

-

sprzężenie zwrotne

- regulatory

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Układ sterowania

to podzespół maszyny lub urządzenia, który poprzez zmianę wielkości
fizycznej (jednej lub więcej) steruje tym urządzeniem w sposób zgodny z
założeniem konstruktora i operatora. Układ dokonujący sterowania jest
zwany również

regulatorem

.

Sterowanie

jest to oddziaływanie na określony układ w celu osiągnięcia jego
żądanego zachowania się, zgodnego z zadaniem sterowania. Układ
podlegający sterowaniu to obiekt sterowania, a ogólniej proces
sterowania.

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Sygnały układu sterowania

to nośniki informacji reprezentowane przez wielkości fizyczne.
Rozróżniamy odpowiednio sygnały wejściowe i wyjściowe.
Ponadto sygnały wyjściowe nazywane są sygnałami sterowanymi, a na
jego sygnały wejściowe składają się sygnały sterujące (nastawiające) –
realizujące sterowanie obiektu oraz zakłócenia.

Zakłócenia

to wszelkie inne oddziaływania, utrudniające realizację zadania
sterowania.

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Proste układy regulacji

Kontrolowanie i sterowanie przebiegiem procesu produkcyjnego może być
realizowane przez człowieka lub urządzenie. Tak więc sterowanie
możemy podzielić na

ręczne

i

automatyczne

.

Układ sterowania ręcznego

temperatury w piecu opalanym gazem

Układ regulacji automatycznej

temperatury w piecu opalanym gazem

1. Termometr
2. Mieszek sprężysty
3. Dźwignia
4. Dysza
5. Siłownik membranowy
6. Zawór
7. Śruba do nastawiania
wartości zadanej

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Układ sterowania ręcznego temperatury
w piecu opalanym gazem

Zadania operatora:

– Kontrolowanie temperatury wewnątrz pieca
– Porównywanie temperatury mierzonej z temperaturą zadaną
– Zwiększenie lub zmniejszenie dopływu gazu do pieca, w zależności

od tego czy temperatura jest mniejsza, czy większa

2

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Układ regulacji automatycznej temperatury
w piecu opalanym gazem

Zadania układu:

– Kontrolowanie temperatury wewnątrz pieca
– Porównywanie temperatury mierzonej z temperaturą zadaną
– Zwiększenie lub zmniejszenie dopływu gazu do pieca, w zależności

od tego czy temperatura jest mniejsza, czy większa

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

W układzie sterowania (regulacji) w którym występuję zamknięty krąg
oddziaływań, np. temperatura w piecu bezpośrednio zależy od ilości
dostarczonego opału, tym samym od stopnia otwarcia zaworu z gazem,
regulacja odbywa się w

układzie zamkniętym

.

W układzie, w którym wartość nastawy regulowana jest bez kontroli
skutku regulacji, np. regulacja (zwiększanie lub zmniejszanie) temperatury
w piecu odbywa się wyłącznie poprzez nastawę zaworu bez pomiaru za
pomocą czujnika temperatury, regulacja odbywa się w

układzie

otwartym

.

Oddziaływanie wsteczne (zwrotne) wielkości regulowanej (np.
temperatura) na wielkość regulującą (np. stopień otwarcia zaworu)
nazywamy

sprzężeniem zwrotnym

.

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Sprzężenie zwrotne ujemne i dodatnie.

Gdy zakłócenie powoduje wzrost wartości regulowanej, to układ dąży do
jej obniżenia i na odwrót – gdy zakłócenie powoduje obniżenie wartości
regulowanej układ dąży do jej zwiększenia. Zdolność taką nazywamy

ujemnym sprzężeniem zwrotnym

.

Gdy zakłócenie powodujące wzrost wartości regulowanej powoduje, że
układ dodatkowo zwiększa wartość regulowaną oraz gdy zakłócenie
powodujące obniżenie wartości regulowanej powoduje, że układ
dodatkowo obniża wartość regulowaną, to zdolność taką nazywamy

dodatnim sprzężeniem zwrotnym

.

UWAGA!!!
W układach regulacji używane jest głównie ujemne sprzężenie
zwrotne.

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Układ regulacji jednoobwodowy, kaskadowy i z pomiarem zakłóceń.

Zakłócenie

Wielkość

sterująca

Wielkość regulowana

Obiekt regulacji

(proces)

Regulator

Stacyjka

Urządzenie
pomiarowe

Wartość rzeczywista

Wartość

zadana

Układ regulacji jednoobwodowy nazywany jest czasem układem
regulacji stałowartościowej.

Urządzenie

wykonawcze

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Układ regulacji jednoobwodowy, kaskadowy i z pomiarem zakłóceń.

Zakłócenie

Wielkość

sterująca

Wielkość regulowana

Obiekt regulacji

(proces)

Regulator

Stacyjka

Urządzenie
pomiarowe

Wartość rzeczywista

Wartość

zadana

Wartość

pomocnicza

Wartość

zadana

Urządzenie
pomiarowe

Regulator

pomocniczy

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Układ regulacji jednoobwodowy, kaskadowy i z pomiarem zakłóceń.

Zakłócenie

Wielkość

sterująca

Wielkość regulowana

Obiekt regulacji

(proces)

Regulator

Stacyjka

Urządzenie
pomiarowe

Wartość

zadana

Urządzenie

wykonawcze

Urządzenie
pomiarowe

3

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Wstęp do układów sterowania

Ogólny schemat blokowy układu regulacji

Obiekt regulacji

(proces)

Wielkość

sterująca

Wielkość regulowana

Zakłócenie

Element

pomiarowy

Regulator

Stacyjka

Wartość rzeczywista

Wartość

zadana

Urządzenie

wykonawcze

Przetwornik

pomiarowy

Urządzenie
pomiarowe

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Dziękuję za uwagę!