plc wydrukowac.doc

(11267 KB) Pobierz

Pytania egzaminacyjne z przedmiotu

„sterowniki przemysłowe”

1. Omówić otwarty i zamknięty układ sterowania oraz różnice pomiędzy nimi.

Układ otwarty:

Element sterujący nie otrzymuje żadnej informacji o tym, czy sterowanie przynosi oczekiwany efekt.

Zalety:

– prostota budowy,

– niski koszt,

Wady:

– Brak odporności na oddziaływanie zakłóceń.

Układ zamknięty:

Posiada pętlę sprzężenia zwrotnego dzięki czemu otrzymujemy informacje z regulatora na temat tego czy sterowanie przebiega tak jak powinno. Czy nie ma żadnych zakłóceń oraz czy wartości nastaw są poprawne.

Zalety:

- duża dokładność działania układu

Wady:

- duży koszt

- skomplikowana budowa

2. Omówić budowę, zasadę działania i cel stosowania zamkniętego układu regulacji.

Układ zamknięty:

Układ zamknięty posiada sprzężenie zwrotne, które przenosi informację na temat tego czy sterowanie przynosi pożądany efekt.

Dzięki obecności sprzężenia zwrotnego element sterujący ( sterownik) otrzymuje informacje o rezultatach sterowania i może tak zmieniać sygnał sterujący, aby osiągnąć zamierzony efekt.

Zasada działania zamkniętego układu regulacji:

Regulator musi podawać taki sygnał sterujący na obiekt regulacji, aby wyjście układu miało taką samą wartość, jak wartość zadana, niezależnie od zakłóceń występujących w układzie ( w przypadku układu sterowania wielkością ciągłą jest to równoważne warunkowi, że uchyb regulacji musi być równy zero)

3. Omówić budowę zamkniętego układu sterowania rzeczywistego procesu przemysłowego i funkcje jego elementów.

Czujnik pomiarowy:

Zamiana sygnału wielkości regulowanej mierzonej na inną postać, łatwiejszą do dalszej obróbki ( najczęściej zamiana wielkości nieelektrycznej na elektryczną ).

Stosowane są czujniki:

• Z wyjściem binarnym: np. wyłączniki krańcowe, czujniki obecności elementu, wyłączniki termiczne

• Z wyjściem ciągłym: np. termopary, sensory ciśnienia, przepływomierze,

Przetwornik pomiarowy:

• Wzmocnienie sygnału z czujnika pomiarowego,

• Stworzenie warunków do unifikacji aparatury w zakresie dopasowania wejść i wyjść.

Przetwornik międzysystemowy:

• Zamiana jednego sygnału znormalizowanego na inny. Jest stosowany w sytuacjach, gdy w obrębie jednego układu regulacji łączymy urządzenia różnych systemów ( np. ciśnieniowe i elektryczne ).

Funkcje regulatora (sterownika):

Funkcja podstawowa:

• realizacja określonego algorytmu regulacyjnego.

Funkcje dodatkowe:

• Monitorowanie przebiegu procesu,

• Realizacja sterowania ręcznego,

• Sygnalizacja przekroczenia wartości alarmowych przez zmienne procesowe,

• Komunikacja z innymi elementami systemu ( np. nadrzędnym komputerem ).

Siłownik (pneumatyczny, hydrauliczny, elektryczny):

• Zwiększenie mocy sygnału sterującego, aby był on w stanie oddziaływać na proces.

Element nastawczy ( zawór, zasuwa, dozownik, palnik, itp.):

• bezpośrednio oddziałuje na proces

4. Podać algorytm regulacyjny PID w wersji ciągłej oraz omówić sen stosowania jego części: proporcjonalnej, całkującej oraz różniczkującej.

Cel stosowania poszczególnych części regulatora:

• Część proporcjonalna (P):

Generuje sygnał sterujący proporcjonalny do wielkości uchybu ( czyli różnicy pomiędzy wielkością regulowaną i zadaną). Jej miarą jest wzmocnienie k. Zwiększenie wzmocnienia prowadzi do pogorszenia jakości regulacji i utraty stabilności układu.

• Część całkująca (I):

Zapamiętuje „historię” sterowania ( całkuje uchyb) co powoduje eliminację uchybu ustalonego w układzie. Miarą jej oddziaływania jest czas całkowania Ti ( UWAGA: im większy, tym całkowanie słabsze!). Całkowanie spowalnia działanie układu i pogarsza stabilność.

Część różniczkująca (D):

Reaguje na zmiany wartości uchybu ( różniczkuje uchyb). Miarą jej oddziaływania jest czas różniczkowania TD . Dzięki temu przyspiesza działanie układu regulacji oraz poprawia stabilność.

5. Podać algorytm regulacyjny PID w wersji pozycyjnej i przyrostowej i porównać te algorytmy.

Pozycyjny:

Zalety:

• Możliwość realizacji każdej wersji algorytmu ( P, PD, PI, PID )

Wady:

• Konieczność zabezpieczania przed przepełnieniem części całkującej,

• Duża złożoność obliczeniowa ( wyznaczanie wartości całki w każdym kroku ),

• Brak zabezpieczenia przed dużymi skokami wartości sterującej, które mogą uszkodzić urządzenie wykonawcze.

Przyrostowy:

Jest otrzymany po zróżnicowaniu algorytmu pozycyjnego. W każdym kroku jest liczony przyrost sterowania w stosunku do poprzedniego kroku.

Zalety:

• Brak możliwości przepełnienia bufora całkowania lub podania zbyt dużego skoku sterowania,

• Mniejsza złożoność obliczeniowa.

Wada:

• Możliwość realizacji wyłącznie algorytmu PI lub PID, gdyż pominięcie akcji całkującej uniemożliwia poprawne działanie algorytmu ze względu na zagubienie wartości zadanej ( zastanowić się dlaczego?)

6. Omówić zasady poprawnego doboru okresu próbkowania w układzie regulacji cyfrowej wielkości ciągłej.

Okres próbkowania można dobrać na podstawie:

• Charakterystyki częstotliwościowej układu zamkniętego ( regulator +obiekt ),

• Parametrów odpowiedzi skokowej obiektu regulacji.

7. Omówić metody dostrajania regulatora PID do sterowanego procesu ( metody doboru nastaw regulatora)

Metody dostrajania regulatorów:

- metody cyklu granicznego:

ETAPY:

• Eksperyment wykonujemy w układzie zamkniętym,

• Stosujemy określony typ regulatora ( proporcjonalny lub II położeniowy)

• celem eksperymentu jest znalezienie wzmocnienia krytycznego kkr i okresu oscylacji nietłumionych Tosc w układzie.

• Na podstawie wartości kkr i Tosc wyznaczamy nastawy regulatora.

Metoda Zieglera – Nicholsa

Metoda Astroma – Hagglunda (1984r).

- metoda znajomości odpowiedzi skokowej obiektu

Eksperyment wykonujemy w układzie otwartym w celu wyznaczenia odpowiedzi skokowej obiektu. Zakładamy, że obiekt można opisać transmitancją zastępczą z opóźnieniem.

Etapy:

Wyznaczamy odpowiedź skokową obiektu,
Wyznaczamy parametry transmitancji zastępczej obiektu:
1. Wzmocnienie k
2. Zastępczą stałą czasową T
3. Zastępczy czas martwy t
Wyznaczamy nastawy dla regulatorów wg wzorów:

8. Podać podstawowe cechy konstrukcyjne przemysłowych urządzeń sterowania cyfrowego.

• Układy regulacji cyfrowej są bardzo zróżnicowane, natomiast ich główne elementy, cechy konstrukcyjne oraz zasada działania są wspólne dla wszystkich rozwiązań.

• Każdy układ regulacji cyfrowej jest systemem komputerowym czasu rzeczywistego.

• Regulatory cyfrowe PID pod względem cech funkcjonalnych i obsługi nie różnią się od regulatorów analogowych.

9. Podać schemat sprzętowy regulatora cyfrowego i omówić główne funkcje jego elementów.

Reg_cyfr

Interfejs HMI ( ang. Human – Machine Interface)

Jego funkcją jest zapewnienie komunikacji pomiędzy sterownikiem i obsługą. Stosowane są 2 klasy tych urządzeń, pełniące różne funkcje:

• Programatory – służą do konfiguracji urządzenia i nie powinny być dostępne dla obsługi,

• Panele operatorskie – służą do monitorowania i nadzoru procesu i zmian niektórych parametrów regulatora ( np. nastawy PID, wartość zadana), nie powinny umożliwiać zmiany konfiguracji.

Czasem, w prostszych urządzeniach funkcje programatora i panelu są zintegrowane, ale wtedy często stosowane jest np. zabezpieczenie hasłem przed niepowołanym dostępem do części konfiguracyjnej.

Interfejs systemowy (Firmware)

Jego funkcją jest zapewnienie komunikacji pomiędzy programem użytkownika i platformą sprzętową, na której ten program jest wykonywany.

Jest to system operacyjny sterownika oraz narzędzia zapewniające połączenie programu użytkownika z systemem. System operacyjny sterownika powinien być systemem czasu rzeczywistego.

10. Podać uproszczony schemat konstrukcyjny i omówić działanie układu wejść binarnych regulatora cyfrowego.

Funkcja wejść binarnych to zamiana sygnałów typu „0” i „1” na sygnały możliwe do dalszej interpretacji przez sterownik. Standardy binarnych sygnałów wejściowych:

24 V DC: „0” 0-5[V], „1” 13-30 [V] DC,

230v AC „0” 0[V], „1” 230 V AC,

Zwarcie/rozwarcie styku.

11. Omówić funkcje i podstawowe parametry metrologiczne układów wejść analogowych regulatora cyfrowego.

Rozdzielczość (ang. Resolution) Jest to miara błędu kwantowania, określonego przez wagę LSB ( najmniej znaczącego bitu rejestru będącego maszynową reprezentacją sygnału wejściowego. Jest ona wyrażana jako waga najmniej znaczącego bitu, np. 4mA/bit

Dokładność (ang. Accuracy ) – Jest definiowana analogicznie, jak klasa dokładności przyrządów pomiarowych. Jest to wielkość maksymalnej różnicy pomiędzy wielkością zmierzoną i oczekiwaną. Jest ona zależna m in. od temperatury pracy układu, np. jest równa 0.25% w temperaturze do 250C i 0.5% powyżej 250C.

Liniowość (ang. Linearity ) – jest to różnica pomiędzy zmierzonymi zmianami dla dwóch sąsiednich kanałów pomiarowych dokładnie o 1 bit LSB – przykładowo mniejsza od 1 LSB w zakresie 4 – 20 mA.

Czas uaktualnienia ( ang. Update Rate ) wybranej liczby kanałów – jest zależny od parametrów sprzętu, czasem może być definiowany

12. Podać schemat konstrukcyjny i omówić działanie układu wyjść binarnych regulatora cyfrowego.

13. Podać schemat konstrukcyjny i omówić działanie układu wyjść analogowych regulatora cyfrowego. Jak takie wejścia powinny działać w przypadku „stopu awaryjnego” CPU podczas sterowania np. temperaturą pieca ze stopionym metalem?

Funkcją wyjść analogowych jest zamiana ciągłego sygnału sterującego wyliczonego przez regulator w postaci maszynowej ( np. słowo, słowo podwójne ) na jego postać możliwą do podania na wejście analogowe siłownika lub innego elementu wykonawczego.