osnovni pojmovi automatizacije.doc

OSNOVNI POJMOVI AUTOMATIZACIJE

- povi povije jesn snii razvo razvojj autom automat atiz izac acij ijee –  Riječ automatika je grč. podrijetla, a objašnjava ono što se događa samo od sebe. Pojam automatika odnosi se na sve uređaje koji sami bez ljudskog neposrednog sudjelovanja obavljaju neke radnje. Dana Danass auto automa mati tika ka ozna označa čava va tehn tehnič ičku ku disc discip ipli linu nu koja koja se bavi bavi auto automa matiz tizac acijo ijom m svih svih tehnoloških procesa odnosno svih sustava (električna centrala, rafinerija nafte, avion, brod, elektromotorni pogon itd.) Ako se promatra neki uređaj koji radi automatski onda to znači da uređaj radi ''sam'', a čovjek  ga je opskrbio energijom i informacijama (podacima, signalima). Takav uređaj čovjek je  pustio u pogon i tijekom rada ili stalno ga nadzire. Među Među prve prve autom automati atizir zirane ane uređaj uređajee spada spada lonac lonac pod tlakom tlakom,, u kojem kojem se tlak tlak održa održava va konstantnim pomoću ventila opterećenog utegom. U 18. stoljeću javlja se regulator brzine okretanja vjetrenjače. Taj regulator je održavao konstantnu brzinu vrtnje. Ozbiljnije bavljenje regulacijom vezano je uz pronalazak centrifugalnog regulatora broja okretaja parnog stroja (James Watt). Taj regulator značajan je i po tome što se prvi put uvodi  pojam  povratne veze. Kod centrifugalnog regulatora sistemom poluga prenosi se informacija o stvarnom stvarnom broju okretaja (informaci (informacija ja o reguliran reguliranoj oj veličini) veličini) na ulaz (dovod pare parnog parnog stroja). Istraživanjem je primjećeno da je ponašanje stroja slično ponašanju živih bića pa je američki znan znanst stva vani nikk NORB NORBER ERT T WEINE WEINER R zakl zaklju juči čioo da pozn poznat ataa sazn saznan anja ja,, meto metode de i prin princi cipi pi automatskog upravljanja tehničkim uređajima vrijede kako za živa bića tako i u ekonomiji,  biologiji, društvu itd. Svoja razmatranja N. W. objavio 1948. god. u knjizi koju je nazvao KIBERNETIKA. Kibernetika je znanost o upravljanju sustavima. Zakonitosti upravljanja zajedničke su u tehničkim sustavima, biološkim sustavima i društvenim zajednicama.  Norberta Wienera smatraju smatraju ocem moderne moderne automatizacije. Kibernetika se kao znanost dijeli na : 1) TEORETSKU 2) PRIMJENJENU 3) PRAKTIČNU PRIMJENJENA kibernetika dijeli dijeli se na: na: 1) TEHNIČKU kibernetiku 2) BIOLOŠKU kibernetiku 3) SOCIJALNU kibernetiku

 Najrazvijenija grana je TEHNIČKA kibernetika, a najmanje razvijena je SOCIJALNA kibernetika Glavna područja TEHNIČKE KIBERNETIKE su: 1) AUTOMATIKA 2) DIGITALNA RAČUNALA 3) TELEKOMUNIKACIJE U kibernetici se najviše koristi metoda ''crne kutije''  kojom se proučava odnos izlaza i ulaza u neki sustav bez obzira na unutrašnju građu sustava koja čak ne mora biti ni poznata. Metodom crne kutije snima se ODZIV sustava na neku POBUDU. Sustavi Sustavi se najčešć najčešćee prikazuju prikazuju kutijama kutijama sa strelic strelicama. ama. Strelice Strelice prikaz prikazuju uju tok informac informacija ija (signala). (signala). Strelica Strelica s lijeve lijeve strane predstavl predstavlja ja POBUDU ili ULAZNI signal signal (ulaz u sustav). sustav). Pobuda se još zove REFERENTNA VELIČINA ili ZADANA VRIJEDNOST. S desne strane  je strelica koja označava ODZIV sustava ili IZLAZNI signal. Izlaz se još zove REGULIRANA VELIČINA. Ulazna veličina Pobuda Referentna veličina

SUSTAV (S)

Izlazna veličina, izlaz Odziv Regulirana veličina

Slika 1 Metodom crne kutije mogu se analizirati bilo kakve vrste sustava npr. (biološki organizam, državna privreda, elektronička pojačala itd.) Kibernetika se bavi proučavanjem uređenih sustava (organiziranih sustava) s unutrašnjim i vanjskim informacijskim tijekovima. Informacijski podsustav nadzire ponašanje energetskog  podsustava.

Slika 2. U stvarnosti su najprije nastali biološki sustavi pa onda socijalni i na kraju tehnički. Riječi SUSTAV i SISTEM su istoznačnice (sinonimi). Sistem je starogrčkog korijena, a riječ sustav je uzeta iz češkog jezika. U znanosti i tehnici riječ sistem je usvojena usvojena u gotovo svim europskim jezicima. jezicima.

- OSNOVNE PODJELE AUTOMATSKIH SUSTAVA –  Postoje mnoge podjele automatskih sustava po različitim kriterijima. Obič Obično no gran granic icee tih tih podj podjel elaa nisu nisu oštro oštro odre određe đene ne.. Najč Najčeš ešći ći su slje sljede deći ći nači načini ni podj podjel elee automatskih sustava: 1. PODJELA AUTOMATSKIH SUSTAVA SA STAJALIŠTA TEORIJE 2. PODJELA AUTOMATSKIH SUSTAVA SA STAJALIŠTA PRIMJENE 3. PODJELA AUTOMATSKIH SUSTAVA PREMA STUPNJU SLOŽENOSTI 4. PODJELA AUTOMATSKIH SUSTAVA PREMA OBLIKU ULAZNE VELIČINE

1. PODJELA AUTOMATSKIH SUSTAVA SA STAJALIŠTA TEORIJE Sa stajališta teorije automatske sustave dijelimo na: a) LINEARNE I NELINEARNE  b) KONTINUIRANE I DISKRETNE DISKRETNE c) STACIONARNE STACIONARNE I NESTACIONARNE NESTACIONARNE d) DETERMINIRANE I STOHASTIČKE a) LINEARNI I NELINEARNI SUSTAVI Grafički prikaz pravca jedino ja linearan, sve ostale krivulje su nelinearne. Ako je odnos izlaza i ulaza pravac onda je sustav linearan. U stvarnosti je svaki sustav nelinearan ako nije ograničeno područje ulaznih veličina. Za određen opseg ulaznih veličina sustav se može promatrati kao linearan. Za linearne sustave vrijedi načelo SUPERPOZICIJE. To znači da je ODZIV na neku pobudu koju sačinjava zbroj više pobuda jednak zbroju odziva na svaku pobudu zasebno. zasebno. OSOBINE LINEARNIH SUSTAVA: • • •

VRIJEDI NAČELO SUPERPOZICIJE PONAŠANJE SUSTAVA NE OVISI O AMPLITUDI ULAZA ODZIV SUSTAVA NA BILO KAKVU POBUDU MOŽE SE ODREDITI IZ ODZIVA NA STANDARDNU ODSKOČNU FUNKCIJU.

Slika 3. •

•

ODZI ODZIV V NA SINU SINUSO SOID IDAL ALNU NU POBU POBUDU DU JE SINU SINUSO SOID IDAL ALAN AN U USTALJENOM STANJU. PRITOM NE NASTAJU NOVE FREK FREKVE VENC NCIJ IJE E ALI ALI SE MIJE MIJENJ NJA A AMPL AMPLIT ITUD UDA A I FAZN FAZNII POMA POMAK  K  IZLAZNOG SIGNALA SUSTAV JE STABILAN AKO KONAČAN ULAZ DAJE KONAČAN IZLAZ.

OSOBINE NELINEARNIH SUSTAVA • • •

•

•

 NE VRIJEDI NAČELO NAČELO SUPERPOZICIJE PONAŠANJE SUSTAVA OVISI O AMPLITUDI ULAZA ZA ODREĐIVANJE PONAŠANJA SUSTAVA POTREBAN JE SKUP ULAZNO IZLAZNIH PAROVA SPEKTAR FREKVENCIJA NA IZLAZU JE RAZLIČIT OD SPEKTRA FREKVENCIJA NA ULAZU. NASTAJU NOVE FREKVENCIJE KONAČAN ULAZ NE MORA DATI KONAČAN IZLAZ. STABILNOST JE KOD NELINEARNIH SUSTAVA OGRANIČENA.

 b) KONTINUIRANI I DISKRETNI SUSTAVI Kontinuirani sustavi se sastoje od kontinuiranih komponenti čiji se odziv mijenja kontinuirano (neprekidno, neisprekidano) neisprekidano) ako se pobuda mijenja kontinuirano. Odziv diskretnog elementa se mijenja diskretno (isprekidano, impulsno) i u slučaju kontinuirane promjene pobude. Kontinuirani sustavi se ostvaruju analognom tehnikom. Diskretni sustavi se ostvaruju najčešće digitalnom tehnikom. Zbog mikroračunala ( μR) danas su važniji diskretni sustavi. Kontinuirani i diskretni sustavi mogu biti linearni i nelinearni. c) STACIONARNI I NESTACIONARNI SUSTAVI U stacionarnom sustavu parametri sustava ne ovise o vremenu, a u nestacionarnom sustavu  barem jedan parametar parametar (mjerodavna veličina veličina sustava) ovisi ovisi o vremenu. U nestacionarnim sustavima nije svejedno u kojem je trenutku nastala pobuda. Stacionarni i nestacionarni mogu biti linearni i nelinearni. Primjer stacionarnog sustava je regulirani elektromotorni pogon ako se ne uzima u obzir  starenje, to jest ako se promatra ponašanje u kratkom razdoblju. Let rakete je izrazito nestacionaran sustav jer raketa jako brzo mijenja masu (gorivo koje izgara) time i parametre koji određuju ponašanje sustava. Teže je upravljati nestacionarnim sustavima.

d) DETERMINIRANI DETERMINIRANI I STOHASTIČKI SUSTAVI Deteminirani sustav je onaj sustav kojem su svi parametri definirani, a mogu biti konstantni ili promjenjivi ali na poznati način. Takvi sustavi se u jednakim uvjetima jednako ponašaju. Ako se ne zna na koji će se način parametri parametri sustava sustava mijenjati mijenjati onda se takav takav sustav sustav zove stohastički. Kod stohastičkih sustava su neki parametri nepredvidivi. Sustavi automatskog upravl upravljan janja ja gibaju gibajućim ćim objekt objektima ima su stohas stohastič tički ki susta sustavi vi jer su podlož podložni ni nepred nepredvid vidivi ivim m meter meterolo ološki škim m promje promjena nama ma (npr. (npr. plovid plovidba ba broda broda uz djelov djelovanj anjee morski morskihh struja struja,, valova valova,, vjetrova, temperatura mora i zraka i tome slično).

2. PODJELA AUTOMATSKIH SUSTAVA SA STAJALIŠTA PRIMJENE a)  b) c)

REGU REGULA LACI CIJA JA ELEK ELEKTR TRIČ IČNI NIH H STRO STROJE JEVA VA REGULACIJA TEHNOLOŠKIH TEHNOLOŠKIH PROCESA REG REGULAC ULACIJ IJA A GIB GIBAJ AJUĆ UĆIH IH OBJ OBJEKA EKATA

a) REGULACIJA ELEKTRIČNIH STROJEVA To je veliko tehničko područje koje je najrazvijeniji dio regulacije. Kod sinkronih generatora reguliraju se izlazne električne veličine, napon i frekvencija, preko uzbude generatora. Elektromotrima se obično regulira brzina vrtnje. Pozicijskim (položajnim) sustavima obično se podešava kutni pomak (zakret) osovine.  b) REGULACIJA TEHNOLOŠKIH TEHNOLOŠKIH PROCESA PROCESA To je područje strojarstva i komijske tehnologije. Podešavaju se razne toplinske, kemijske i mehaničke veličine. Primjena je raširena od obične regulacije temperature u prostoriji do upravljanja rafinerijama. c) REGULACIJA GIBAJUĆIH OBJEKATA Gibajućim objektima zovemo sve vrste civilnih i vojnih vozila. Primjena automatike značajno  je zastupljena u tim uređajima Putničkim zrakoplovom s 350 putnika upravljaju dva člana  posade. Supertanker nosivosti 300000 t nafte ima posadu od 20 do 30 ljudi. Prije 40. god. u  putničkom zrakoplovu sa 50 putnika bilo je 6 članova posade (pilot, kopilot, inženjer leta, navigator, radiotelegrafist i aviomehaničar). Danas se razijaju vozila bez posade, a već su razvijene rakete, sateliti, sateliti, torpeda. U budućnosti će sigurno sav sav promet biti automatiziran.

3. PODJELA AUTOMATSKIH SUSTAVA PREMA STUPNJU SLOŽENOSTI Razni Razni autori autori različito različito definiraju definiraju neke temeljne temeljne pojmove pojmove o automatici automatici kao što su regulacij regulacijaa i upravljanje, i to zato jer koriste staru njemačku strukovnu terminologiju. Mi ćemo koristiti nazive u skladu sa suvremenim svjetskim standardima. Automatske sustave prema stupnju složenosti djelimo na: a)  b) c)

REGULACIJA UPRAVLJANJE VOĐENJE

a) REGULACIJA Regulacija označava odražavanje neke izlazne veličine (mehaničke, električne, toplinske itd.) nepromijenjenom. nepromijenjenom. Može biti ručna i automatska. U automatici se proučavaju sustavi bez neposrednog sudjelovanja čovjeka.  b) UPRAVLJANJE Upravljanje može biti ručno i automatsko. Razmatra se samo automatsko upravljanje koje je širi pojam od automatske regulacije, jer osim regulacije uključuje još i optimalno i adaptivno  ponašanje. c) VOĐENJE Vođenje je najširi pojam. Vođenje sustava obuhvaća, osim automatskog upravljanja, još i sustave zaštite, signalizacije i registracije. Ti sustavi ne sudjeluju u redovitom načinu rada. Zaštita se uključuje samo u havarijskom režimu rada.

4. PODJELA AUTOMATSKIH SUSTAVA PREMA OBLIKU ULAZNE VELIČINE a)  b) c)

SUST SUSTAV AVII AUTO AUTOMA MATS TSKE KE STAB STABIL ILIZ IZAC ACIJ IJE E SUSTAVI PROGRAMSKE PROGRAMSKE REGULACIJE SLIJ SLIJED EDNI NI SUST SUSTAV AVII (SER (SERVO VOSU SUST STAV AVI) I)

a)

SUST SUSTAV AVII AUTO AUTOMA MATS TSKE KE STA STABI BILI LIZA ZACI CIJE JE

Još se zovu automatski stabilizatori ili sustavi čvrste regulacije. Ulazna (referentna veličina, zadana veličina) je nepromjenjiva, a izlaznu (reguliranu, upravljanu) veličinu treba održavati nepro nepromje mjenji njivom vom sa zadano zadanom m točnoš točnošću ću uz djelov djelovanj anjee smetnj smetnjii (porem (poremeć ećajn ajnih ih veliči veličima) ma).. Regulira se brzina, napon, temperatura, tlak, razina tekućine, položaj u prostoru itd.  b)

SUSTAVI PROGRAMSKE PROGRAMSKE REGULACIJE

Ulazna veličina se mjenja po nekom poznatom pravilu (programu) a izlazna veličina mora vjerno slijediti te promjene. Primjeri su promjena tlaka i temperature prilikom automatskog zavarivanja, promjene temperature u stanu s centralnim grijanjem po dnevnom rasporedu, regulacija tlaka u putničkom prostoru zrakoplova uz promjenu nadmorske visine itd.itd.

c)

SLIJ SLIJE EDNI SUST SUSTAV AV (SER (SERV VOSUS OSUST TAV)

Kod servosustava ulazna veličina se mjenja po nekom nepoznatom zakonu. Izlazna veličina mora vjerno slijediti promjene ulazne veličine. Upravljački sustav je složeniji nego u sustavu automatske stabilizacije. stabilizacije. Primjeri su zakretanje kotača kotača kod auta (servoupravljač), zakretanje zakretanje kormila na brodu. Izvršni dio takvog sustava sustava može biti električni, pneumatički pneumatički ili hidraulički. Taj izvršni uređaj zove se SERVOMOTOR ili postavni motor. Taj dio sustava izvršava naredbe regulatora. Servomotor mora davati točan i brz odaziv. Tromost (inercija) SERVO MOTO MOTORA RA mora mora biti biti što što manj manjaa i u odno odnosu su na trom tromos osti ti osta ostali lihh djel djelov ovaa serv servoo sust sustav avaa zanemariva. OTVORENI I ZATVORENI SUSTAVI

Automatski sustavi mogu biti otvoreni i zatvoreni. Zatvoreni sustavi imaju povratnu vezu, a otvoreni nemaju. Upravljačko djelovanje u otvorenim sustavima je neovisno o izlaznoj veličini iz sustava. Otvoreni sustavje jednostavniji jeftiniji od zatvorenog, ali mu je mala točnost. Primjenjuje se u tehničkim uređajima koji su sami po sebi stabilni i tamo gdje nema izraženih smetnji, i gdje se ne traži velika točnost održavanja izlazne veličine. Upravljanje je proces pri kojem jedna ili više ulaznih veličina utječe na izlaznu veličinu prema zakonitostima koja su svojstvena tom sustavu. Informacija se prenosi u upravljačkom lancu (OTVORENI KRUG).

Otvoreni krug (upravljanje)

SUSTAV (S) Suprotno tome, pri regulaciji izlazna veličina djeluje povratno na ulaznu veličinu održavajući željeno stanje. Informacije se ovdje prenose u regulacijskoj petlji ili zatvorenom krugu. Ako čovj čovjek ek djel djeluj ujee na otvo otvore reni ni sust sustav av tako tako da očita očitava va izno iznoss izla izlazn znee velič veličin inee i djel djeluj ujee na upravljačku veličinu na ulazu onda je takav sustav ZATVOREN preko čovjeka. Čovjek u tom slučaju ostvaruje povratnu vezu te daje zatvoreni krug. U tom slučaju radi se o ručnoj regulaciji. Zatvoreni krug (regulacija)

SUSTAV (S)

Ako čovjek čovjekaa zamije zamijeni ni uređaj uređaj kojeg kojeg zovemo zovemo REGULA REGULATOR TOR onda onda se radi radi o automa automatsk tskoj oj regulaciji. Povratna veza može biti pozitivna i negativna. Negativna povratna veza će prouzročiti smanjenje izlazne veličine u slučaju njeznog povećanja i obrnuto. Negativna povratna veza smanjuje razliku između stvarne vrijednosti izlazne veličine i željene, tj. smanjuje grešku. Pozitivna povratna veza u slučaju povećanja izlazne veličine još je više povećava, smanjenje izlazne veličine još je više smanjuje. Pozitivna povratna veza povećava grešku. Povećanje greške to jest pozitivna povratna veza u automatici nije dozvoljena. Sustavi sa pozitivnom  povratnom vezom vezom nisu stabilni.

PITANJA!

1. Što Što je je regu regula laci cija ja?? 2. Što Što je upr uprav avlj ljan anje je?? 3. Što je vođ vođenje enje?? 4. Koji Koji sus susta tavi vi su su line linear arni ni?? 5. Koja je razlika razlika između između linearnih linearnih i nelin nelinearn earnih ih sustava sustava?? 6. Kakvi Kakvi su to to kontinui kontinuirani rani susta sustavi, vi, a kakvi kakvi diskretni? diskretni? 7. Koja je razlika razlika između između kontinuira kontinuiranih nih i nekon nekontinui tinuiranih ranih?? 8. Kakvi Kakvi su su sust sustav avii stac stacion ionarn arni? i? 9. Koja je je razlika razlika između između stacio stacionarn narnih ih i nestaci nestacionarn onarnih ih sustava sustava?? 10. Kakav je to determinirani sustav? sustav? 11. A kakav kakav stohastičk stohastički? i? 12. Koja je razlika između između determiniranih i stohastičkih stohastičkih sustava? sustava? 13. Koja su glavna glavna područja primjene automatskih sustava? sustava? 14. Koje su vrste automatskih automatskih sustava s obzirom na oblik ulazne ulazne veličine? 15. Koja je razlika između između sustava stabilizacije stabilizacije i programske regulacije? 16. Što je servosu servosustav? stav? 17. Koja je razlika između sustava sustava programske regulacije regulacije i servo sustava? 18. Kako se zove izvršni član član kod servo sustava i kakve kakve on može biti izvedbe?

ODGOVORI!!! 1.) REGU REGUL LACIJ ACIJA A → ozna označčava odra odražžavan vanje neke eke izlo izložžene veli veliččine ine ne  promjenjenom (mahaničke, toplinske, električne). Može niti ručna i automatska. 2.) 2.) UPRA UPRAVL VLJA JANJ NJE E → može može biti biti ručn ručnoo i auto automa mats tsko ko.. Razm Razmat atra ra se samo samo automatsko koje je širi pojam od automatske regulacije jer osim regulacije uključuje još i optimalno i adaptivno ponašanje. 3.) VOĐENJE VOĐENJE → je najširi pojam. pojam. Ono osim automatskog automatskog upravljanj upravljanjaa obuhvaća obuhvaća  još o sustave zaštite signalizacije i registracije. Ti sustavi ne sudjeluju u redovitom načinu rada, a zaštita se uključuje samo u havarijskom režimu rada. 4.) Grafički Grafički prikaz pravca pravca jedino jedino je lineara linearan. n. 5.) Kod linearnih linearnih sustava sustava vrijedi načelo načelo SUPERPOZICIJE. a) kod nelin nelinea earnih rnih ne vijedi vijedi..  b) Kod nelinearnih sustava ponašanje sustava ovisi o amplitudi ulaza a kod linearnih ne ovisi. c) Kod nelinea nelinearni rnihh susta sustava va za određ određiva ivanje nje ponašan ponašanja ja sustav sustavaa potreb potreban an je skup skup ulazno – izlaznih parova, a kod linearnih odziv sustava na bilo kakvu pobudu može se odrediti iz odziva na standardnu funkciju. d) Kod linearnih linearnih sustava, sustava, sustav sustav je stabilan stabilan ako konačan konačan ulaz daje konača konačann izlaz, dok kod linearnih sustava konačan ulaz ne mora dati konačan izlaz. 6.) KONTINUIRANI SUSTAVI SUSTAVI → se sastoje od kontinuiranih komponenti čiji se odazib mjenja kontinuirano.

DISKRETNI SUSTAVI → se ostvaruju najčešće digitalnom tehnikom. Zbog mikroračunala danas su važniji diskretni sustavi. I diskretni i kontinuirani sustavi mogu biti linearni i nelinearni. 7.) Razlika između između kontinuiranih i nekontinuiranih sustava sustava je u vrsti odziva odziva koji je kod kontin kontinuir uiran anih ih kontin kontinuir uiran an odnosn odnosnoo neprek neprekida idann a kod nekont nekontuir uirani anihh isprekidan. 8.) Stacionira Stacionirani ni sustavi su oni kod kojih parametri parametri sustava sustava ne ovise o vremenu. vremenu. Može biti linearan i nelinearan. Primjer stacioniranog sustava je regularni elektro motorni pogon ako se ne uzima u obzir starenje, tj. ako se promatra  ponašanje u kratkom kratkom razdoblju. 9.) Razlika Razlika je što u staciona stacionatnom tnom sustavu sustavu parametri parametri sustava sustava ne ovise o vremenu, vremenu, a u nestacionarnom sustavu barem jedan parametar ovisi o vremenu. 10.) Determinira Determinirani ni sustav sustav je onaj sustav sustav kojem kojem su svi paramet parametri ri definirani, definirani, a mogu mogu  biti konstantni ili promjenjivi ali na poznat način, takvi sustavi se u jednakim uvjetima jednako ponašaju. 11.) Ako ne zna na koji koji će se način paramet parametri ri sustava sustava mjenjati mjenjati onda se takav takav sustav sustav zove zove STOH STOHAS ASTI TIČK ČKI. I. Kod Kod stoh stohas asti tičk čkih ih sust sustav avaa su neki neki para parame metr trii nepredvidivi. 12.) 12.) Razl Razlik ikaa je u tome tome što se kod dterem dteremin inir iran anih ih sust sustav avaa zna zna na koji koji su način način  parametri definirani, a to je da mogu biti konstantni ili promjenjivi ali na  poznati način a kod stoastičkih sustava ne zna se na koji će se način parametri sustav sustavaa mijenj mijenjati ati.. Stohas Stohastič tički ki sustav sustavii se znaju znaju u meter meterolo ološki škim m uvjeti uvjetima ma  ponašati promjenjivo aok se determinirani sustavi u jednakim uvjetima  jednako ponašaju. ponašaju. 13.) Glavan Glavan područja područja primjene automat automatskih skih sustava sustava su kod regulacije regulacije električni električnihh strojeva ,regulacije tehnoloških procesa i regulacije gibajučih objekata. 14.) S obzirom na oblik ulazne veličine postoje 3 vrste automatskih sustava: sustava: a) SUSTAVI AUTOMATSKE STABILIZACIJE  b) SUSTAVI PROGRAMSKE PROGRAMSKE REGULACIJE c) SLIJEDNI SUSTAVI (SERVO SUSTAV) 15.) 15.) Razlik Razlikaa je u tome tome što se kod autom automats atske ke stabil stabiliza izacij cijee ulazn ulaznaa (refer (referent entna na veličina) zadana veličina je nepromjenjiva, a izlazna (regulirana) veličina treba odra odraža žava vati ti nepr neprom omje jenj njiv ivom om sa zada zadano nom m točn točnoš ošću ću uz djel djelov ovan anje je smet smetnj njii (poremećajnih veličina) dok se kod PROGRAMSKE REGULACIJE ulazna veličina mijenja po nekom poznatom (programu). 16.) Servo sustav je sustav kada se ulazna veličina mjenja po nekom nepoznatom zakonu. Izlazna veličina sljedi promjene ulazne. 17.) 17.) Kod susta sustava va progra programsk mskee regula regulacij cijee ulazn ulaznaa veliči veličina na se mjenja mjenja po nekom nekom  poznatom pravilu, a izalzna mora vjerno sljediti te promjene, dok se kod servo

sustava ulazna veličina mjenja po nepoznatom pravilu, a izlazna veličina sljedi  promjene ulazne ulazne 18.) Izvršni dio kod servo sustava može biti električni, pneumatički, hidraulički. Taj izvršni dio zove se servo motor ili postavni motor.

OSTALI POJMOVI AUTOMATIZACIJE

1) DALJ DALJIN INSK SKO O UPRA UPRAVL VLJA JANJ NJE E Daljin Daljinsko sko upravl upravljan janje je omoguć omogućuje uje upravl upravljan janje je iz dalji daljine ne s pojedi pojedinim nim mehani mehanizmi zmima ma za regulaciju. Može biti hidraulično, pneumatsko ili električno. 2) AUTO AUTOMA MATS TSKA KA KON KONTR TROL OLA A Uređaji automatske kontrole su razni instrumenti (pokazivači) ili pisači koji pokazuju ili registriraju svaku promjenu procesa (temperaturu, tlak, jakost struje, potrošak pare, veličinu napona, itd.) 3) AUTOMA AUTOMATSK TSKA A SIGNAL SIGNALIZA IZACIJ CIJA A Automatski uređaji su sustavi automatske regulacije snabdjeveni uređajima signalizacije. Razlikuje se: 1) 2) 3) 4)

Signa Signaliz lizaci acija ja upra upravlj vljanj anja, a, Signa Signaliz lizaci acija ja nadzor nadzora, a, Signa Signaliz lizaci acija ja upozor upozorenj enja, a, Sign Signal aliz izac acij ijaa kvar kvarov ovaa

Signalizacija upravljanja služi za signalizaciju prijenosa impulsa zapovijedi sa jednog na drugo mjesto upravljanja. Signalizacija nadzora automatski signalizira uključivanje ili prestanak rada pojedinih uređaja. Signalizacija upozorenja automatski signalizira kvar ili zastoj u funkcioniranju pojedinih uređaja. Signalizacija može biti zvučna i/ili svjetlosna. Kontrolna signalizacija obično je svjetlosna, a ostale signalizacije mogu biti i zvučne. AUTOMATSKA ZAŠTITA Uređaji automatske zaštite spriječavaju kvarove ne strojevima. U slučaju kvara isključuju stro stroje jeve ve iz pogo pogona na npr. npr. gran graničn ičnii regu regula lato torr – iskl isključ jučuj ujee iz rada rada turb turbin inuu pri pri post postiz izan anju ju maksimalnog broja okretaja. AUTOMATSKO BLOKIRANJE Kod određenih strojeva strojeva ugrađuju se uređaji uređaji koji onemogućavaju onemogućavaju pogrešno upravljanje, upravljanje, npr. upućivanje motora prije obavljanja prekretanja motora.

VRSTE UREĐAJA AUTOMATIKE Uređaji automatike mogu biti: mehanički, električni, hidraulički i pneumatski. Električni Električni sustavi sustavi automatik automatikee koriste koriste se danas češće češće od ostalih ostalih zato što imaju imaju prednost prednostii nad drugim drugim sustavima. sustavima. Često se koriste u kombinaciji kombinaciji s hidrauličkim hidrauličkim ili pneumatskim. pneumatskim. Tada se radi o elektrohidrauličkim ili elektropneumatskim uređajima. Električni sustavi mogu se korist koristiti iti univer univerza zalno lno.. Neelek Neelektri trične čne veliči veličine ne pretva pretvaraj rajuu se u elektr električn ičnee i takve takve korist koristee u električnim sustavima automatike npr. pomak, broj okretaja itd. Prijenos signala kod električnih sustava vrši se na jednostavan način, na velike udaljenosti  pomoću elektro vodova. vodova. Pneumatski sustavi automatike koriste zrak kao prenosnik energije. Prijenos je ograničen na relativno male udaljenosti. Prijenos se vrši cijevima promjera od 15 – 25 mm. Signal bez  pojačala prenosi se na daljinu od 75 do 100m, a s pojačalom do 500m. Problemi kod  pneumatskih sustava sustava su: 1) 2) 3) 4) 5)

ODRŽA ODRŽAVAN VANJE JE NEPROP NEPROPUSN USNOS OSTI TI CIJEVI CIJEVI OTPOR OTPOR U SAVINUTIM SAVINUTIM DIJELOVIM DIJELOVIMA A I VENTILIMA VENTILIMA UKLANJ UKLANJANJ ANJE E KONDEN KONDENZAT ZATA A IZ CIJEVI CIJEVI KOLE KOLEBA BANJ NJE E TLAK TLAKA A NEČI NEČIST STOĆ OĆA A ZRAKA ZRAKA (PLI (PLINA NA))

Hidraulički sustav nešto je povoljniji od pneumatskog sustava radi male stlačivosti tekućina.  Nedostaci hidrauličkog hidrauličkog sustava su: su: 1) GUBI GUBICI CI U TEK TEKUĆ UĆIN INII 2) OSJETLJIV OSJETLJIVOST OST NA TEMPE TEMPERATUR RATURNE NE PROMJENE PROMJENE 3) OPASN OPASNOST OST OD ZAMRZA ZAMRZAVAN VANJA JA 4) ZAČEPL ZAČEPLJEN JENJE JE I KORO KOROZIJ ZIJA A CIJEV CIJEVII Kod Kod hidr hidrau aulič lički kihh sust sustav avaa sign signal alii se mogu mogu pren prenos osit itii na manj manjee udal udalje jeno nost stii nego nego kod kod  pneumatskih sustava. sustava.

RAZVOJ AUTOMATIZACIJE BRODA Automatizacija brodova znači uvođenje automatskih uređaja na brodove radi olakšavanja rada  posadi kao i radi povećanja kontrole i sigurnosti plovidbe i pogona. Šire se automatizacija na  brodovima primjenjuje od 1960. g. iako je i prije svaki brod imao po neki automatski uređaj kao na primjer regulator broja okretaja, automatsku regulaciju napajanja kotlova itd... Prva zamisao o automatizaciji na brodu u današnjem smislu išla je za tim da se strojarima u službi dade središnje mjesto za kontrolu i upravljanje strojevima kako bi na lakši način obavljali službu. Pritom su se koristila iskustva na sličnim automatskim uređajima na kopnu. Prvi korak učinjen je uvođenjem središnjeg kontrolnog i upravljačkog mjesta u strojarnici odakle se daljinski upravljalo najvažnijim pogonskim strojevima. Broj strojara u službi smanji smanjioo se na dva čovjek čovjeka. a. Nakon Nakon uvođen uvođenja ja dodatn dodatnih ih uređaj uređajaa samo samo jedan jedan stroja strojarr može može upravljati strojevima i kontrolirati njihov rad sa središnjeg mjesta koje je smješteno u  posebnoj prostoriji. prostoriji. Sljedeći korak bilo je prenošenje na zapovjednički most alarmnih uređaja koji upozoravaju na  potrebu neke intervencije, intervencije, a uvelo se se i automatsko upisivanje upisivanje podataka podataka za dnevnik stroja. Istod Istodobn obnoo su na zapov zapovjed jednič ničkom kom mostu mostu postav postavlje ljeni ni uređaj uređajii za dalji daljinsk nskoo uprav upravlja ljanje nje strojevim strojevimaa koji omogućuju omogućuju časniku na straži straži obavljan obavljanje je operacija operacija potrebnih potrebnih za sigurnost sigurnost  broda. U daljnjem tijeku razvoja ustanovilo se da neka daljinska upravljanja sa zapovjedničkog mosta nemaju smisla, jer je za njihovo posluživanje potreban veliki broj informacija ili se upravljanje mora obavljati bez kontrole pa je zbog toga uputnije neke operacije automatski upravljati (npr. upućivanje glavnog motora). Radi Radi toga toga na zapo zapovj vjed ednič ničko kom m most mostuu osta ostaje je ipak ipak mali mali broj broj uređa uređaja ja za sign signal aliz izac acij ijuu i alarmiranje koji pri nastupu smetnji obavještavaju osoblje u službi o stanju uređaja i operacija koje oni mogu izvršavati. Danas se osoblje na zapovjedničkom mostu obavještava o stanju ukup ukupno nogg stro strojn jnog og komp komple leks ksaa što što znač značii i sa stan stanje jem m uređ uređaj ajaa i stro stroje jeva va koji koji nema nemaju ju neposrednog utjecaja na stanje poriva broda. Danas se prelazi na neposredno obavještavanje službujućeg časnika stroja pomoću signala u njegovoj kabini ili na drugom prikladnom mjestu na brodu. U tom slučaju zapovjedni most nije odmah obaviješten obaviješten o smetnjama u pogonu nego tek onda kad nakon nakon nekoliko minuta ne uslijedi intervencija u strojarnici. Tendencija razvoja upravljanja pogonskim strojevima sa zapovjedničkog zapovjedničkog mosta je što više osloboditi čovjeka na straži od nadzora nad funkcioniranjem  pogonskim stojeva pri manevriranju, jer je potrebno svu pažnju posvetiti vođenju broda. Uređaj treba biti automatiziran tako da se upravljanje obavlja pokretanjem ručke ili pritiskom gumba. Automatizacija brodova obavlja se uglavnom zbog sljedećih razloga: 1) 2) 3) 4)

Smanje Smanjenje nje broja broja posade posade,, Oslobađa Oslobađanje nje čovje čovjeka ka od teških teških fizičkih fizičkih poslov poslova, a, Racional Racionalizaci izacija ja pogona pogona tj. smanje smanjenje nje izdatak izdatakaa za gorivo, gorivo, Smanjenje Smanjenje troškova troškova pri zapošljav zapošljavanju anju i angažiranju angažiranju potrebnog potrebnog broja broja stručnog osoblja osoblja

Automatizirani brod skuplji je od konvencionalnog, npr. automatizirani uređaj skuplji je od neau neauto toma mati tizi zira rano nogg za oko oko 10 – 12%. 12%. Razl Razlog og što što se tek tek u novi novije je vrij vrijem emee preš prešlo lo na automatizaciju brodova je u tome što ranije nije bilo odgovarajućih instrumenata i uređaja

koji koji bi mogli mogli osigur osigurati ati jednos jednostav tavan an i sigura sigurann autom automati atizira zirani ni pogon pogon.. Razvoj Razvojem em novih novih materijala, elemenata i uređaja automatizacija je postala dovoljno sigurna za brodski pogon, a cijena se pritom nije previše povećala.

FAZE AUTOMATIZACIJE BRODA 3 su faze automatizacije broda. Slika xx (1 faza) slika xy (2 faza) f aza) slika xc (3 faza)  Na prvoj slici prikazana prikazana je prva faza automatizacije broda. broda. Regulator 

Proces

Prva faza prepoznatljiva je po lokalnoj automatskoj regulaciji pojedinih procesa. CENTRALNA KONTROLA

Regulator

Regulator  

Proces 1

Proces 2

Druga slika prikazuje drugu fazu automatizacije broda koja je karakteristična po centralizaciji informacija dobivenih daljinskim mjerenjem u središnjoj kontrolnoj sobi strojarnice. U ovoj fazi koristi se analogna i digitalna obrada informacija.

Centralna kontrolna stanica

Podstanica 1

Podstanica 2

Podstanica 3

Treća faza automatizacije broda započela je pojavom mikroprocesora i mikroračunala koji su omogućili laku, jeftinu i jednostavnu automatizaciju automatizaciju na digitalnim principima.

BROD KAO SUSTAV ORGANIZACIJSKI SUSTAV koji Suvrem Suvremeni eni brod brod je ORGANIZACIJSKI koji je okru okruže ženn “ okolinom” (kojoj (kojoj  pripada ostalo brodovlje, svjetsko pomorsko tržište, osiguravajući zaovdi, institucije za nadzor i izgradnju brodova, okolni hidrometeorološki sustav, nacionalni i internacionalni zakoni) s kojom razmjenjuje materijalne, energetske i informacijske tokove.

Brod se može definirati definirati kao sredstvo sredstvo na vlastiti pogon za prijevoz prijevoz putnika i transport transport tereta  plovnim putevima. Međutim on može služiti i za druge svrhe npr. ribolov, spašavanje, spašavanje, istraživanje, tegljenje itd... Brod se kao sustav može podijeliti u 3 podsustava: 1) ENERGETS ENERGETSKO KO POGONSKI POGONSKI SUSTAV SUSTAV kojeg kojeg brodostr brodostrojari ojari naziva nazivaju ju ENERGETSKI KOMLEKS. 2) PODSUSTA PODSUSTAV V VOĐENJ VOĐENJA A BRODA BRODA (navigaci (navigacije) je) 3) PODSUSTA PODSUSTAV V MANIPULAC MANIPULACIJE IJE TERET TERETOM OM I ČUVANJA ČUVANJA TERETA TERETA

BROD ENERGETSKI KOMPLEKS

Manipulacija i čuvanje tereta

Vođenje  broda

OKOLINA

Brodovi se prema namjeni bitno razlikuju npr. trgovački, putnički, vojni, brodovi specijalne namjene. Teretni brodovi se prema vrsti tereta mogu grupirati u tri osnovne grupe i to generalni teret, rasuti suhi tereti i tekući teret, u koje se se uključuju i tereti u plinovitom plinovitom stanju. Kod svih brodova postoje procesi koji omogućavaju ostvarenje osnovnog cilja a taj je ekonomska učinkovitost. Proces vođenja broda može se raščlaniti na: 1) 2) 3) 4)

Proc Proces es navi naviga gaci cije je Proce Process upra upravlj vljan anja ja brod brodom om Proc Proces es kom komun unik ikac acija ija Proce Process vođenj vođenjaa brodsk brodskih ih poslo poslova va

Svaki od navedenih procesa može se dalje raščlaniti npr. proces upravljanja brodom može se raščlaniti na: • • • •

Dinamičko poziciranje Trimovanje broda Dinamička stabilizacija Upravljanje po kursu

Proces u vezi s teretom može se raščlaniti na: • •

Proces rukovanja teretom Proces čuvanja tereta

Proces čuvanja tereta može se raščlaniti na: Održavanje prostora za teret  Nadzor stanja tereta tereta Zatvaranje skladišta

• • •

 Na sličan način raščlanjuju raščlanjuju se i procesi procesi rukovanja teretom. teretom. RAŠČLAMBA BRODSKIH ENERGETSKIH PROCESA prikazana prikazana je na slici dolje

Brodski energetski  procesi

Procesi porivnog sustava

Procesi brodskih  pomoćnih sustava sustava

Porivni stroj, osovinski vod,  brodski vijak 

Brodski sustavi  brodska energetika energetika

Svaki od navedenih procesa predstavlja zaokruženu cijelinu. Ti su procesi ovisni jedni o drugima. Struktura brodskog energetskog kompleksa prikazana je na slijedećoj blokovskoj shemi.

BRODSKI ENERGETSKI KOMPLEKS

Porivni sustav

Pomoćni energetski sustav

Porivni stroj, osovinski vod, reduktor i  prekretne spojke,  brodski vijak 

Brodska energetika

Brodski sustavi

Električna energija

Brodske  pogonske službe službe

Brodske službe

Toplinska energija

Sustavi za  boravak posade posade i  putnika

Sigurnost i zaštita na brodu

Energija fluida

Pogonski materijali Voda Slatka

Zdravstvena zaštita, razonoda, vibracije, buka, klimatizacija,  prehrana maziva goriva radni mediji

Morska za hlađenje za balast za ispiranje

 pitka voda sanitarna i rashladna

Požar 

STUPNJEVI AUTOMATIZACIJE BRODA (prema zahtjevu hrv. registra brodova) Klasif Klasifika ikacij cijaa brodov brodovaa je nastal nastalaa iz potre potrebe be da zaint zaintere eresir sirani ani u brodar brodarsko skom m poslov poslovanj anjuu (brodari, osiguravatelji, korisnici usluga brodara, davaoci brodarskih kredita itd...) mogu  pribaviti stručne podatke o kvaliteti pojedinog broda. Klasifikaciju brodova vrše posebne ustanove i zavodi javnog povjerenja i međunarodnog priznanja u poslovnom svijetu. U ovisno ovisnosti sti o stupnj stupnjuu automa automatiz tizac acije ije klasif klasifika ikacij cijski ski zavod zavodii dodjel dodjeljuj jujuu pored pored klase klase stroja stroja i odgovarajuću oznaku automatizacije. Kod nas klasu stroja i automatizacije dodjeljuje HRB. Sva pravila za nadzor brodova HRB sadržana su u 28 dijelova (knjiga). Prema pravilu HRB (dio 13) na uređaje autoamtike uz osnovnu oznaku stroja dodaje se i oznaka automatizacije, automatizacije, oznake su AUT 1, AUT 2, AUT 3. OPĆI ZAHTJEVI HRB 1) Automatizirani uređaj je porivni stroj, kotlovsko postrojenje, brodski sustavi i drugi strojevi opremljeni sredstvima automatske regulacije, upravljanja, kontrole i zaštite. 2) Daljnsko automatsko upavljanje – je upravljanje s pomoću kojeg možemo daljinski zadavati željeni režim rada strojevima djelovanjem ne upravljački element (npr. regulacijsku  polugu ili ručicu), a koji dalje samostalno samostalno izvršava sve radnje. 3)Alarmni sustav je sustav za signalizaciju nedopuštenih veličina kontroliranih parametra. 4) Sustav zaštite je sustav koji automatski djeluje na postrojenje kojim se upravlja u cilju spriječavanja havarije ili ograničenja ograničenja njezinih njezinih posljedica posljedica (havarije) (havarije) . 5) Sustav indikacije je sustav za dobivanje podataka o veličini određenih fizikalnih  parametra ili promjena određenih određenih stanja 6) Sustav automatike je skup svih komponenti automatskih sklopova, koji čine konstrukcijske i funkcionalne cjeline, a služe za obavljanje određenih radnji u području kontrole, regulacije, automatskog upravljanja i zaštite. 7) Sklop automatike je dio sustava koji se sastoji od komponenti sastavljenih u jednu funkcionalnu i konstrukcijsku konstrukcijsku cjelinu cjelinu 8) Komponenta automatskog sustava je najjednostavniji samostalni element u konstrukcijskom smislu (npr. pojačalo, pojačalo, davač, relej, logički element i slično) koji se koristi u sustavima automatike.

SUSTAVI AUTOMATIKE Ako se za važne strojeve ili uređaje s električnim napajanjem predviđa uz glavni izvor  napajanja i napajanje iz izvora za nuždu onda se sustav upravljanja tim strojem mora napajati i iz izvora za nužnost. Prebacivanje na napajanje za nužnost mora biti automatsko i popraćeno odgovarajućim odgovarajućim signalom. Napajanje sustava upravljanja važnih strojeva mora se izvesti sa dva napojna voda. Jedan vod mora ići s glavne razvodne ploče, a drugi iz najbliže razvodne ploče. Za napajanje alarmnog sustava i sustava zaštite mora se predvidjeti nezavisni rezervni izvor  napajanja. Kučišta, te zaštita električnih i elektronskih sklopova, sklopova, kao i metalna obloga kabela, kabela, moraju se uzemljiti. Napajanje hidrauličkih i pneumatskih sustava automatike mora se vršiti pomoću dva izvora napajanja. Pri padu tlaka u sustavu ispod dopuštenog, mora se uključiti drugi izvor, koji je u pripremi, što mora biti popraćeno s odgovarajućom signalizacijom. signalizacijom. ALARMNI SUSTAV STROJARNICE Ovisno o stupnju automatizacije i načinu rada alarmni sustav mora signalizirati kad: 1.) nadzirani parametri pređu dopuštene granice 2.) proradi sigurnosni sustav 3.) dođe do gubitka napajanja pojedinih sustava 4.) dođe do promjene drugih veličina koje su određene pravilima klasifikacijskog zavoda (CRS) Signalizacija strojeva ili uređaja kojima se upravlja neovisno o središnjem alarmnom sustavu mora biti na mjestu daljinskog upravljanja tim strojem. Pri pojavi alarma signalizacija mora biti vidna i zvučna. Vidna signalizacija mora pokazati na kojem je sustavu, na kojem mjestu i zbog čega došlo do alarma. Svako alarmno stanje mora imati 3 faze 1.) 1.) Poja Pojava va alar alarma ma,, pri pri čemu čemu pror prorad adii zvuč zvučna na i vidn vidnaa sign signal aliz izac acija ija.. U ovoj ovoj fazi fazi vidn vidnaa signalizacija radi isprekidano 2.) Prihvaćanje alarma. Poništava se zvučna signalizacija, a isprekidana vidna signalizacija  prelazi u stalnu. 3.) Presta Prestana nakk alarmn alarmnog og stanja stanja.. Prekid Prekidaa se vidna vidna signal signaliza izacij cija, a, ali samo samo ako je presta prestala la djelovati greška koja je izazvala alarm. Pri pojavi trenutnog alarma ne smije doći do automatskog poništenja alarmnog stanja nakon  prestanka djelovanja greške bez faze prihvaćanja alarma. Prihvaćanjem alarma na zapovjedničkom mostu ili na nekom drugom mjestu gdje se alarm prenosi, ne smije doći do  poništenja zvučnog zvučnog i vidnog alarma alarma na središnjem mjestu mjestu upravljanja i u strojarnici. strojarnici. Ako se za alarm koristi posebna zvučna signalizacija njen zvuk se mora jasno razlikovati od zvuka drugih alarma. Dopušta se zajednički zvučni alarm s drugim sustavima, ali u tom slučaju treba biti popraćen svjetlosnom signalizacijom koja pokazuje da se radi o alarmnom sustavu strojarnice. Alarmni sustav mora imati mogućnost ispitivanja unutarnjih i vanjskih krugova u normalnom radu. Isključivanje sustava ili blokiranje pojedinih djelova sustava mora se jasno signalizirati.

SUSTAVI INDIKACIJE Moraju se izvesti tako da osoblje koje ih poslužuje, prima potrebne informacije izravno bez  preračunavanja  preračunavanja i u jedinicama koje su u skladu s međunarodnim standardima za mjerenje dotičnih fizikalnih veličina. Ako se za kontrolu parametara koriste automatski registratori, brzina zapisivanja mora biti u skladu s mogućim promjenama kontroliranih veličina. Ako je videopokazivač s tipkovnicom jedino sredstvo komuniciranja s alarmnim sustavom, moraju se duplirati, a jedan od njih mora se napajati iz pričuvnog izvora napajanja alarmnog sustava. SUSTAV ZAŠTITE Mora djelovati na jedan od sljedećih načina: 1.) Da ponovno uspostavi normalno stanje 2.) Da prilagodi prilagodi rad stroja nastaloj situaciji situaciji 3.) Da zaustavi rad stroja (prekine) Ako bi se automatskim radom zaštite moglo dovesti u pitanje sigurnost broda kao cjeline, u tom slučaju treba predvidjeti mogućnost isključenja zaštite. Za čitavo vrijeme dok je zaštita isključena mora postojati svjetlosni signal crvene boje. Isključenje zaštite mora biti tako izvedeno da se do njega može doći samo svjesnom radnjom. Mora Mora postoj postojati ati kontro kontrola la isprav ispravnos nosti ti susta sustava va zaštit zaštite, e, a u sluča slučaju ju neisp neisprav ravnos nosti ti mora mora se alarmirati. Sustav Sustav zašti zaštite te mora mora biti biti potpun potpunoo neovis neovisan, an, odnosn odnosnoo odvoje odvojenn od sustav sustavaa upravl upravljan janja ja i alarmnog sustava, pri čemu se moraju predvidjeti odvojeni osjetnici kontroliranih veličina. U slučaju da zaštita proradi, mora postojati signalizacija o njenom uzroku. Ako djelovanjem zaštite dolazi da zaustavljanja stroja ne smije se dopustiti mogućnost automatskog pokretanja stroja nakon prestanka greške. Pri greški ili gubitku napajanja sustava zaštite ne smije doći do zaustavljanja odnosno  promjene uvjeta rada stroja ili uređaja koji se zaštićuje. Svako odstupanje od ovog zahtjeva mora biti odobreno od registra brodova. Gubitak napajanja sustava zaštite (osnovnog ili pričuvnog) mora biti alarmiran na svim mjestima daljinskog upravljanja. Kada proradi sustav zaštite, to mora biti alarmirano na svakom mjestu upravljanja, a isto tako i preko alarmnog sustava strojarnice ako postoji. SUSTAVI DALJINSKOG UPRAVLJANJA UPRAVLJANJA Sustavi daljinskog uprvljanja pojedinim strojevima ili uređajima moraju biti međusobno neovisni. Sustavi daljinskog upravljanja, koji uključuju automatski rad strojeva moraju imati takve odlike koje odgovaraju njihovim dinamičkim karakteristikama i da pouzdano rade u čitavom radnom području. Mora se predvidjeti pouzdan način prebacivanja s automatskog na ručno upravljanje, bilo sa središnjeg ili lokalnog mjesta upravljanja.

Ako se nekim strojem može upravljati daljinski s više mjesta, mora postojati signalizacija o tome s kojeg se mjesta momentalno upravlja. Prebacivanje mjesta upravljanja dopušteno je vršiti samo na središnjem mjestu upravljanja. Sustav daljinskog upravljanja porivnim strojem sa zapovjedničkog mosta mora omogućivati kontinuirano postavljanje režima rada stroja u plovidbi „naprijed“ i „natrag“. Sustav daljinskog upravljanja na zapovjedničkom mostu pored ostalog mora sadržavati: grupne alarme ili alarm greške na porivnom stroju  poseban alarm alarm greške na sustavu sustavu daljinskog upravljanja upravljanja alarm gubitka napajanja sustava daljinskog upravljanja sustav komuniciranja sa središnjim mjestom upravljanja signalizaciju da je proradila zaštita zaustavljanja porivnog stroja signalizaciju neuspješnog upućivanja porivnog stroja  provjeru ispravnosti ispravnosti svjetlosne i zvučne zvučne signalizacije • • • • • • •

Sustav komuniciranja sa središnjim mjestom upravljanja mora sadržavati sljedeće: neposrednu govornu vezu neovisnu o napajanju iz brodske mreže strojni telegraf  signalizaciju o mjestu s kojeg se upravlja signalizaciju o zahtjevu prebacivanja mjesta upravljanja • • • •

Proces zaustavljanja stroja u nužnosti mora biti potpuno neovisan o sustavu normalnog upravljanja i mora se napajati iz posebnog izvora napajanja. Bilo koja greška u sustavu daljinskog upravljanja sa zapovjedničkog mosta ne smije dovesti do osjetne promjene režima rada stroja za vrijeme koje je potrebno da se pređe na upravljanje sa središnjeg ili lokalnog mjesta upravljanja.

ZAHTJEVI ZA AUTOMATIZACIJU NA BRODOVIMA S OZNAKOM AUT 2 Zahtjevi za automatizaciju s oznakom AUT2 odnose se na brodove kod kojih je predviđena strojarnica bez nadzora i sa stalnom službom na središnjem mjestu upravljanja. Središnje mjesto upravljanja treba biti smješteno u sklopu strojarnice i opremljeno alarmnim sustavom u skladu s pravilima registra brodova. Mora Mora se predvi predvidje djeti ti daljin daljinsko sko upravl upravljan janje je glavn glavnog og stroja stroja sa zapov zapovjed jednič ničkog kog mosta mosta i sa središnjeg mjesta upravljanja. Svi sustavi u prostoru strojarnice moraju biti predviđeni za rad bez nadzora i s mogućnošću daljinskog upravljanja sa središnjeg mjesta upravljanja. Središnje mjesto upravljanja i mjesto daljinskog upravljanja sa zapovjedničkog mosta moraju se opremiti instrumentima potrebnim za upravljanje, sredstvima veze i drugim uređajima. Uređaj za zaustavljanje porivnog stroja u nužnosti mora biti potpuno neovisan o alarmnom i upravljačkom sustavu.  Na središnjem mjestu mjestu upravljanja moraju biti biti postavljeni sljedeći sljedeći alarmi:  požarni alarm u prostoriji prostoriji strojeva, alarm gubitka napajanja sustava zaštite, zaustavljanja glavnog stroja u nužnosti, alarmnog sustava i sustava daljinskog upravljanja porivnim strojem • • • •

Svi sustavi automatizacije moraju biti tako izvedeni da kod bilo koje greške na sustavu bude omogućeno lokalno ili daljinsko upravljanje. HRB propisuje koje parametre treba kontrolirati, koji je položaj mjernih osjetila i kakvo mora  biti zaštitno djelovanje. Osim toga HRB propisuje i indikaciju kontroliranih parametara i alarm granične vrijednosti. KONTROLIRANI PARAMETAR 

POLOŽAJ MJERNIH OSJETILA

ALARM GRANIČNE VRIJEDNOSTI

ZAŠTITNO DJELOVANJE

INDIKACIJA

Zaustavljanje

Stalna

Stanje opterećenja

Samo na poziv

PORIVNI STROJ Tlak ulja za  podmazivanje Temp. ulja za  podmazivanje  podmazivanje Razina ulja za  podmazivanje Tlak rashladne vode u cilindrima Tlak morske vode Tlak goriva Viskozitet

 Na ulaz u stroj

Minimum

 Na ulazu u stroj

Minimum i maximum Maximum i minimum

 Na dnevnom tanku ulja  Na izlazu iz svakog cilindra

Maximum

Iza pumpe

Minimum

Stalna

Iza dovodne sisaljke Iza grijača

Minimum

Na poziv

Maximum i

goriva Razina goriva Temperatura goriva Temp. ispušnih  plinova Tlak zraka za upućivanje Pokazivač broja okretaja

Dnevni tank Dnevni i taložni tank   Na izlazu iz svakog cilindra Ispred glavnog ventila

minimum Minimum Maximum

Na poziv

Maximum Minimum

Automatski start kompresora

Stalna Stalna

GLAVNI I POMOĆNI KOTLOVI Tlak pare Temperatura  pare Razina vode

U prostoru pare ili na izlazu iz  pregrijača  Na izlazu iz  pregrijača U kotlu

Tlak napojne vode Tlak goriva Razina goriva

 Na izlazu iz sisaljke Ispred gorionika Dnevni tank

minimum i maximum

Zaustavljanje

Maximum

Stalna Na poziv

Minimum i maximum Minimum

Zaustavljanje

Stalna

Zaustavljanje

Stalna

Minimum Minimum

Zaustavljanje

Na poziv Na poziv

IZVOR ELEKTRIČNE ENERGIJE  Napon Struja Frekvencija

Glavna razvodna razvodna  ploča (MSB) (MSB) Glavna razvodna  ploča

Minimum

Stalna

Maximum

Stalna Stalna

OSOVINSKI VOD I VIJAK SA ZAKRETNIM KRILIMA Broj okretaja Temp. ulja za  podmazivanje Razina ulja za  podmazivanje statvene cijevi Podmazivanje ležajeva stat. cijevi Položaj krila  brodskog vijka vijka

Stalna Odrivni lezaj

Maximum

tank ulja za ležaj

Minimum

Na poziv

Kad nema  podmazivanja  podmazivanja Stalna

PRIJENOSNICI I SPOJKE Temp. ulja za  podmazivanja Tlak ulja za  podmazivanje

 Na izlazu iz svakog ležaja  Na ulazu u spojku

Maximum Minimum

Na poziv Zaustavljanje ili odvajanje

Stalna

SUSTAV STLAČENOG ZRAKA Temp. zraka Tlak ulja za  podmazivanje

Na izlazu iz kompresora  Na ulazu u kompresor 

Maximum Minimum

Zaustavljanje

Na poziv

PREČISTAĆI GORIVA I ULJA ZA PODMAZIVANJE Temp. ulja i goriva Protok goriva i vode

 Na ulazu u  prečistač U prečistaću

Maximum

Na poziv

Minimum

Na poziv

SUSTAV INERTNOG PLINA Tlak inertnog  plina Temp. inertnog  plina Tlak goriva za loženje

 Na izlazu iz generatora plina  Na izlazu iz generatora plina  Na ulazu u gorionik 

Minimum Maximum Minimum

Isključenje gorionika

Tlak zraka za izgaranje Plamen i  paljenje gorionika

 Na ulazu u ložište

Minimum Greška

Isključenje gorionika zaustavljanje dovoda goriva

ZAHTJEVI ZA AUTOMATIZACIJU NA BRODOVIMA S OZNAKOM AUT 1 Oznaka AUT 1 odnosi se na brodove na kojima je predviđena strojarnica bez nadzora i bez stalne službe na središnjem mjestu upravljanja. Brodovi s oznakom automatizacije AUT 1 moraju se opremiti sredstvima i automatskim uređajima na takav način i u takvoj količini da se pri gubitku oznake automatizacije AUT 1 ti brodovi mogu normalno koristiti s poslugom na središnjem mjestu upravljanja to jest sa oznakom automatizacije AUT 2. ZAHTJEVI ZA AUTOMATIZACIJU AUTOMATIZACIJU NA BRODOVIMA BRODOVIMA S OZNAKOM AUT 3 Oznaka automatizacije automatizacije AUT 3 primjenjivat će se na brodovima brodovima u sljedećim slučajevima: 1.) Ako su glavni porivni strojevi s unutarnjim izgaranjem izvedeni s pomoćnim uređajima  privješenim na samom samom stroju. 2.) Ako je električna centrala pojednostavljena s obzirom na napajanje bitnih trošila ili da je generator pogonjen glavnim strojem. 3.) Ako središ središnje nje mjesto mjesto upravl upravljan janja, ja, ukolik ukolikoo posto postoji, ji, nije nije opreml opremljen jenoo svim svim uređa uređajim jimaa navedenim pravilima registra brodova, a što je nadomješteno većim brojem kontrola na zapovjedničkom zapovjedničkom mostu 4.) Ako su udaljenosti i način komuniciranja između zapovjedničkog mosta, strojarnice i nestambi strojara takvi da omogućuju strojarima lako posluživanje i nadgledanje rada stroja i  brzo otkrivanje grešaka. grešaka. Zahtjevi za automatizaciju AUT3 u pravilu se odnose na brodove kojima snaga porivnih strojeva ne prelazi 1500kW. Uz suglasnost registra zahtjevi ovog stupnja automatizacije mogu se proširiti i na brodove kojima je snaga porivnih strojeva 1500kW ili više. Svi uređaji postavljeni u prostoru strojarnice moraju biti predviđeni za rad bez nadzora. Brodovi koji su opremljeni prema zahtjevima AUT 3 moraju biti opremljeni automatskim sustavim sustavimaa koji omogućav omogućavaju aju potpuno potpuno upravljan upravljanje je strojevima strojevima sa zapovjedn zapovjedničko ičkogg mosta i osiguravaju pouzdano manevriranje brodom.

OTVORENI AUTOMATSKI SUSTAV Sustavi automatskog upravljanja mogu biti otvoreni i zatvoreni. Zatvoreni imaju povratnu vezu a otvoreni nemaju. Upravljačko djelovanje u otvorenim sustavima je neovisno o izlaznoj veličini sustava. U zatvorenim sustavima je ovisno... Otvoreni sustav jednostavniji je od zatvorenog ali mu je manja točnost i ima lošije dinamičko  ponašanje. Primjenjuje se u tehničkim uređajima koji su sami po sebi stabilni, gdje nema izraženih smetnji (poremećaja) (gdje je sustav otporan na smetnje) i gdje se ne traži velika točnost održavanja izlazne veličine. Ako čovjek djeluje na otvoreni sustav tako da očitava iznos izlazne veličine veličine i djeluje na upravljačku veličina na ulazu onda je takav sustav sustav zatvoren  preko čovjeka koji je u taj sustav uključen kao komponenta sustava. U tom slučaju radi se o ručnoj, a ne o automatskoj regulaciji. Suvrem Suvremena ena automa automatik tikaa nastoj nastojii isklju isključit čitii čovje čovjeka ka iz nepos neposred rednog nog sudjel sudjelova ovanja nja u radnim radnim operacijama zbog niza razloga: čovjek je često previše spor  čovjek ne može nadzirati sve parametre u složenim sustavima čovjek nema dovoljno snage za djelovanje na sustav jer je ljudska snaga samo oko 150 W ne može raditi u okolini štetnoj za zdravlje ljudi čovjek nema mogućnost standardnog ponašanja, odnosno ne može se trajno držati zadanih malih tolerancija cijena ljudskog rada je u bogatim zemljama tolika da se više isplati uvesti automatske strojeve • • •

• •

•

Realizac Realizacija ija otvorenog otvorenog sustava može biti u području području strojarstva strojarstva (mehanizmi, (mehanizmi, hidraulika hidraulika,,  pneumatika) ili u području elektrotehnike (podešavanje i regulacija el. strojeva. Na principu otvore otvorenog nog sustav sustavaa rade rade i uređaj uređajii automa automatsk tskee zaštit zaštite, e, signa signaliz lizaci acije, je, blokad blokade, e, upušta upuštanja nja i zaustavljanja uređaja.

OPĆI BLOKOVSKI PRIKAZ OTVORENOG AUTOMATSKOG SUSTAVA Pomoćni izvor  energije

Davač upravljačke veličine

Upravljački uređaj

Informacijski tijek  Energetski tijek 

Izvršni uređaj

Smetnja

Objekt upravljanja Izlazna veličina

PRIMJER OTVORENOG AUTOMATSKOG SUSTAVA DISKRETNI OTVORENI SUSTAV SA KORAČNIM MOTOROM

Blokovska shema otvorenog sustava automatskog upravljanja koračnim motorom

Pomoćni izvor  električne energije Mehanička izlazna veličina

Ulazna veličina Digitalni regulator 

Elektroničko  pojačalo

Radni mehanizam

KM Osovina

Ovo je primjer diskretnog slijednog sustava jer radi s impulsima, a ne sa kontinuiranim (neprekinutim) električnim veličinama. Na ulazu je referentna veličina (električni napon) u digitalnom obliku koja određuje željenu vrijednost izlazne mehaničke veličine (kut zakreta osovine θ u stupnjevima). Digitalni regulator je član (element) koji izvršava upravljački algoritam i šalje ga u digitalnom obliku u elektroničko pojačalo koje je izvršni član. Pojačalo  podiže energetsku razinu pravokutnih impulsa iz digitalnog regulatora uzimajući potrebnu električnu energiju iz pomoćnog izvora. Tako pojačani impulsi se šalju u koračni (step) motor. Koračni motor je vrsta elektromotora koja radi s impulsma. Jedan impuls znači jedan korak zakreta rotora i osovine. Korak može  biti od 0,5 0do 1200 , ovisno o izvedbi. Ima više vrsta koračnih motora. Koriste se za snage od μW do nekoliko kW. Frekvencija impulsa određuje brzinu vrtnje osovine motora na kojoj se nalazi priključen neki radni mehanizam. Ovakvim sustavom može se postići zadovoljavajuća točnost i bez povratne veze jer mora biti jaka smetnja da ne bude obavljen jedan korak za  jedan impuls. Tako Tako broj poslanih impulsa impulsa znači odgovarajući odgovarajući kutni pomak pomak osovine. Referentnu veličinu može zadati čovjek tako da na tipkovnici otipka željenu izlaznu veličinu ili neki drugi uređaj koji pomoću električnih vodova šalje naredbe. Digitalni regulator u ovom  primjeru je upravljački uređaj (vidi opću blokovsku shemu otvorenog sustava). Upravljački uređaj danas se izvodi kao mikroračunalo (μR) i to obično jednočipno. U tom čipu nalazi se memorija, ulazno-izlazne jedinice i procesor. U memoriji tog mikroračunala zapisan je upravljački algoritam. Prednost diskretnih sustava je što ne trebaju digitalno analogni (D/A) pretvarač. Primjeri otvorenih sustava sa koračnim motorom su: 1.) sat s kazaljkom (samo satovi s analognim prikazom imaju koračne motore) 2.) matrični pisači 3.) ploteri (crtala)

ZATVORENI AUTOMATSKI SUSTAV OPĆI BLOKOVSKI PRIKAZ ZATVORENOG ZATVORENOG AUTOMATSKOG SUSTAVA SUSTAVA

Pomoćni izvor  energije

Uređaj za obradu informacija

Davač upravljačke veličine

Komparator

Ur 

ε

Upravljački uređaj

Izvršni uređaj

Smetnja

Objekt upravljanja

Y

U Y p Elementi  povratne veze

Ur – ulazna upravljačka (referentna) veličina U – ulazna upravljačka veličina objekta upravljanja ε – signal razlike Y – izlazna veličina Yp – signal povratne veze Zatvoreni automatski sustavi imaju najmanje jednu povratnu vezu. U mnogim uređajima mora se primijeniti zatvoreni sustav zbog tražene točnosti uz djelovanje smetnji. Smetnj Smetnjaa (porem (poremeć ećaj) aj) može može djelov djelovati ati bilo bilo gdje gdje u susta sustavu vu ali najviš najvišee djeluj djelujee na objekt objekt upravljanja. Djelovanje smetnji na ostale dijelove sustava se zanemaruje. Davač Davač uprav upravlja ljačk čkee velič veličine ine daje daje refere referentn ntnuu (zadan (zadanu) u) vrijed vrijednos nostt Ur. Izla Izlazn znii sign signal al iz upravljačkog uređaja U je ulazni signal u izvršni član. On upravlja energetskim tokom u sustavu. Energija iz pomoćnog izvora ide u objekt upravljanja pod nadzorom upravljačkog uređaja. U grani povratne veze nalazi se mjerni član i pretvarač koji bilo kakvu izlaznu veličinu ( y)  pretvara u signal yp prikladan za obradu obradu u uređaju za obradu informacija. Ovaj sustav sustav može  biti elektronički, elektromehanički, elektromehanički, mehanički, mehanički, hidraulički, pneumatski pneumatski i mješovit. Objekt upravljanja može biti bilo koji tehnički uređaj. U suvremenim rješenjima uređaj za obradu informacija je izveden kao programibilni digitalni elektronički uređaj. Taj uređaj zovemo mikroračunalo ili mikrokontroler. Izvršni Izvršni član je najčešće najčešće elektronič elektroničko ko pojačalo pojačalo sa elektromo elektromotorima torima ili elektroma elektromagnet gnetskim skim ventilima. U glavnoj ili direktnoj grani nalaze se komparator (usporednik), upravljački uređaj kojeg obično zovemo regulator, izvršni uređaj i objekt upravljanja.  Ne mora svaki zatvoreni zatvoreni sustav imati sve članove, članove, a i ne postoji uvijek mogućnost mogućnost razdvajanja članov članovaa kao kao u blokov blokovsko skojj shemi. shemi. Uređaj Uređaj konstr konstrukc ukcijs ijski ki izvede izvedenn kao jedan jedan član član može može

funkcionalno obavljati zadatak više elemenata iz blokovske sheme npr. mikroračunalo može  biti i komparator i regulator. regulator. Stvarni automatski sustav ima još i elemente za signalizaciju i zaštitu. U složene automatske sustave nužno je ugraditi i uređaje za automatsko otkrivanje, a eventualno i otklanjanje kvarova. U automatici se uvijek koristi negativna povratna veza . Na blokovskoj shemi označena je sa minusom na ulazu u komparator. Samo oscilatori imaju pozitivnu povratnu vezu. Signal koji ide sa izlaza na ulaz mijenja poredak (okreće mu se faza) i zbraja se sa referentnom veličinom Ur.

ε=Ur + (-Yp) Signal Signal razlik razlikee (grešk (greške) e) ε se obli obliku kuje je u regu regula lato toru ru.. Regu Regula lato tori ri mogu mogu imat imatii razl različ ičite ite karakteristike to jest različita djelovanja (proporcionalni regulatori, integracijski regulatori, derivacijski regulatori, proporcionalno-integracijski proporcionalno-integracijski regulatori, proporcionalno-derivacijski, proporcionalno-derivacijski,  proporcionalno-integracijsko-derivacijski  proporcionalno-integracijsko-derivacijski regulatori). regulatori). Oblikovani upravljački signal pojačava se u pojačalu zbog dobivanja odgovarajuće energetske razine i djeluje na objekt upravljanja preko izvršnog uređaja. Izvršni uređaji mogu biti različitih izvedbi ( sklopke, ventili, elektromotori, elektromagnetski ventili i sl.). Zatvoreni sustav se potpuno različito ponaša prema promjenama referentne veličine na ulazu u odnosu na promjenu poremećajne veličine. Regulirana (izlazna veličina) vjerno slijedi referentnu (ulaznu) veličinu Ur, a promjena poremećajne veličine (smetnja) ne smije djelovati na reguliranu (izlaznu) veličinu. Zatvoreni sustav može se promatrati i kao filtar koji prigušuje poremećajne veličine (smetnje), a propušta referentnu veličinu. Tako se ponaša svaki zatvoreni sustav.  Na blok shemi smjer djelovanja signala u sustavu označen je strelicama. Svi elementi sustava imaju usmjereno djelovanje. Povratno djelovanje pojedinih elemenata sustava je zanemarivo. Preko grane povratne veze ne vraća se energija sa izlaza na ulaz, već se samo šalje informacija o iznosu izlazne veličine. Na izlazu mogu biti veličine snage MW, a u povratnoj vezi mW.  Na temelju svega ovoga mogu se se izdvojiti tri svojstva jednostavnih automatskih sustava: 1.) Sustav je ili otvoren ili zatvoren, odnosno ima ili nema povratnu vezu. 2.) U svakom sustavu posebno je definiran tok informacija i tok energije. Automatika se bavi informacijskim dijelom sustava dok se energetskim dijelom bavi strojarstvo, elektrotehnika i kemijska tehnologija. 3.) Uprav Upravlja ljačk čkii ili inform informaci acijsk jskii dio automa automatsk tskog og susta sustava va izved izveden en je kao kao elektr elektroni onički čki,, hidraulički, pneumatski, te kao analogni, digitalni ili hibridni (mješoviti) uređaj prema vrsti signala.

PRIMJER ZATVORENOG AUTOMATSKOG SUSTAVA DISKRETNI ZATVORENI SUSTAV SA KORAČNIM MOTOROM

Pomoćni izvor  energije

μR  Ur

Digitalni regulator 

+

Elektroničko  pojačalo

Pogonsko vratilo

K  M

Radni mehanizam

DI θ

-

 Na slici je prikazana prikazana blokovska shema shema suvremenog suvremenog zatvorenog sustava s koračnim koračnim motorom. Prednosti digitalnog slijednog sustava su velika točnost, vrlo brzi odziv, jednostavnost za korisnike u iskorištavanju sustava, te jako malen i relativno jeftin informacijski dio sustava (digit (digitaln alnii regula regulator tor)) uz zanem zanemari arivu vu potroš potrošnju nju energi energije. je. Ograni Ograniče čenje nje je mala mala snaga snaga (do nekoliko kW) koračnog motora. Ulazna veličina Ur je napon u obliku pravokutnih impulsa zadane frekvencije. Takvi signali dolaze i preko negativne povratne veze u digitalni regulator. Signale povratne veze daje davač impulsa (DI). Ti impulsi na kodirani način izvještavaju upravljački uređaj o trenutnom položaju osovine. Digitalni regulator je jedinstveni uređaj za obradu informacija, jer ima funkciju i komparatora i regulatora. Kao regulator danas se koristi mikroračunalo (μR). Signal greške ε također je u digitalnom obliku (niz impulsa). Zbog male energetske razine digi digita taln lnog og sign signal alaa (obi (običn čnoo 5V i snag snagee neko nekoli liko ko mW) mW) potr potreb ebno no je sign signal al poja pojača čati ti u elektroničkom pojačalu snage (osim za motore jako malih snaga). Elektronička pojačala snage napajaju se iz pomoćnog izvora energije. U novi novije je vrij vrijem emee sve sve se više više prim primje jenj njuj ujuu jedn jednoč očip ipna na mikr mikror orač ačun unal ala. a. To znač značii da su mikroproce mikroprocesor, sor, RAM i ROM memorija te ulazno ulazno - izlazni izlazni uređaji uređaji smješteni smješteni u jednom jednom čipu. čipu. Osim toga u tom čipu mogu biti smješteni analogno-digitalni i digitalno-analogni pretvarači (A/D i D/A), Takva jednočipna mikroračunala još se zovu kontroleri ili mikrokontroleri.  Njihove prednosti su mala masa, mala veličina, mala cijena, mala potrošnja energije te lako instaliranje i održavanje. Koračn Koračnii motor motor prima prima impuls impulsee i za jedan jedan impuls impuls napra napravi vi jedan jedan korak korak (zakre (zakret) t) osovi osovine. ne. Prednosti Prednosti diskretno diskretnogg motora motora je što nisu potrebni potrebni analogno analogno-digi -digitalni talni i digitalno digitalno–ana –analogni logni

 pretvarači. Primjena A/D i D/A pretvarača je nužna u mnogim uređajima gdje je objekt upravljanja uređaj s kontinuiranim djelovanjem. Izlazna veličina iz diskretnog slijednog sustava je neka mehanička veličina: θ kutni pomak, n ili ω brzina vrtnje, kutno ubrzanje ili akceleracija a, zakretni moment M, mehanička snaga P. Mjeri se kutni pomak  θ koji se koristi u digitalnom regulatoru za izračunavanje brzine vrtnje ω=Δθ/Δt. Snaga se računa po izrazu P=M* ω Mjerni član i pretvarač je davač impulsa (DI). To je uređaj koji kutni pomak pretvara u niz  pravokutnih impulsa koje mikroračunalo prima na ulazu. U binarnom brojevnom sustavu oduzim oduzimaa se izlaz izlazna na od ulazn ulaznee veliči veličine ne (kompa (komparac racija ija). ). Takav Takav dobive dobiveni ni signa signall razlik razlikee ε obrađuje se u mikroračunalu prema zadanom programu upisanom u memoriju mikroračunala. Pomoću Pomoću mikror mikrorač ačuna unala la mogu mogu se ostvar ostvariti iti i vrlo vrlo složen složenii uprav upravlja ljačk čkii progra programi mi npr. npr. za optimalno i za adaptivno upravljanje. Davači impulsa su ili magnetske izvedbe (resolveri) ili optičke (enkoderi). I jedni i drugi su beskontaktni uređaji. Primjeri uporabe ovakvog diskretnog slijednog sustava su: pogon hard diska, pogon raznih industrijskih robota i manipulatora i slično. Bez obzira na smetnje ovim sustavom postiže se najkvalitetnije upravljanje upravljanje zbog negativne negativne povratne veze. veze.

REGULATORI I ZATVORENI REGULACIJSKI SUSTAVI STANDARDNE ISPITNE FUNKCIJE

Da bi se odredilo ponašanje sustava sustavi se ispituju pomoću standardiziranih ulaznih signala (ispitnih funkcija). Promatrajući Promatrajući odziv sustava na standardnu standardnu pobudu zaključuje se o  ponašanju tj. djelovanju djelovanju sustava. sustava. Ponekad se različito nazivaju: ispitni signali, pobudne funkcije, pobudni signali, pobude,  poticaji, podražaji, stimulansi, ulazni signali, ulazne promjene, ulazi. Promjena izlazne veličine koju uzrokuje promjena ulazne veličine zove se odziv. Odziv ovisi o ispitivanom sustavu. Ako se želi usporediti 2 sustava, onda i jednom i drugom sustavu treba dovesti dovesti istu pobudu i promatrati odziv. Ako je na istu pobudu isti odziv, sustavi sustavi su isti Pobuda X

ISPITIVANI SUSTAV

Odziv Y

S1.3.1. Grafički prikaz ispitivanja metodom crne kutije

Bitno je da su pobude standardizirane, standardizirane, jer se tako mogu uspoređivati različiti uređaji. Inače se može ispitivati bilo kakvim signalom, ali u tehničkoj se praksi primjenjuje samo nekoliko standardnih pobuda pomoću kojih se određuju statičke i dinamičke karakteristike uređaja. Proučavanje ponašanja sustava standardnim pobudama je glavna metoda analize. Standardne ispitn ispitnee funkci funkcije je su jedini jediničn čnaa odsko odskočna čna funkci funkcija, ja, jedini jediničn čnii impuls impuls,, nagib nagibna na funkci funkcija, ja,  parabolična funkcija funkcija i sinusoidalna pobuda.

1. Jedinična odskočna funkcija Zove se još i jedinični skok, skokovita funkcija, step funkcija, udarna funkcije, skokomična  promjena i Heavisideova funkcija. To je najvažniji ispitni signal. Najčešće se, koristi za određivanje dinamike sustava u vremenskom području. To je ujedno najteži ispitni signal za  bilo koji sustav, jer u sebi sadrži čitav frekvencijski spektar. Ako sustav daje zadovoljavajući odziv na odskočnu fukciju, onda će davati dovoljno dobar odziv i na bilo koji drugi ispitni signal.

X 1

0

t S1.3.2. Grafički prikaz jedinične odskočne funkcije

prijelazna pojava pojava (prijelazni (prijelazni Odziv sustava na jediničnu odskočnu funkciju naziva se prijelazna proces, prijelazna karakteristika ili prijelazna funkcija), a opisuje dinamiku sustava. U  praksi je odskočna funkcija posljedica zatvaranja sklopke (mehaničke ili elektroničke). Ista ispitna funkcija se može primijeniti na bilo koji sustav. Primjeri:

- priključimo peć na električni napon i mjerimo porast temperature, - otvorimo ventil i mjerimo protjecanje fluida kao izlaznu veličinu, - priključimo istosmjerni motor na konstantni konstantni napon i mjerimo neku od izlaznih veličina motora (brzinu vrtnje, kutni zakret, ubrzanje, zakretni moment, mehan. snagu, armaturnu struju, temperaturu namota). Vidimo da ulazni i izlazni signali mogu biti bilo kakve fizikalne veličine, ovisno o vrsti uređ uređaj aja. a. Najb Najbrž ržee su prom promje jene ne u opti optičk čkim im sust sustav avim ima, a, onda onda u elek elektr tron onič ički kim, m, pa u elektromehaničkim, elektromehaničkim, a najsporiji su odzivi u toplinskim (termičkim) uredajima

2. Jedinični impuls Jedinični impuls ima širinu t 1 , visinu 1/t1 i površinu jednaku jedinici. X 1/t1

0

t1

t

x=0 za t<0, t>t 1 x=1/t1 za 0=
S1.3.3. Grafički prikaz impulsne funkcije

Ova se ispitna funkcija sastoji od dvije vremenski pomaknute odskočne funkcije: funkcije: pozitivne i negativne negativne.. Ima široku primjenu, primjenu, a naročito naročito u elektroni elektronici. ci. Nemoguće Nemoguće je ostvariti ostvariti savršene savršene skokove zbog sveprisutnih spremišta energije pa uvijek postoji neko malo vrijeme porasta i  pada (što kraće, kraće, to bolje). Poseban je slučaj, vezan za teorijska razmatranja, kada širina impulsa t 1 teži 0, a visina teži ∞. Pritom je površina površina impulsa konstantna i iznosi jedan. jedan. Po autoru teorijskom fizičaru, fizičaru, zove se Diracova funkcija.

X δ(t)

0

t0

t

Sl. 3.4. Grafički prikaz Diracove funkcije ili δ - funkcije

3. Nagibna funkcija Još se naziva pravčasta ili uzlazna pobuda. x=K∙t α = 45° → tgα = 1 → K = 1 K = tgα

Sl .3.5. Grafički prikaz nagibne funkcije

Koristi se pri analizi slijednih sustava.

t ≥ 0, x = K ∙ t t < 0, x = 0

4. Parabolična funkcija

Zove se još kvadratična ili parabolna funkcija. Primjenjuje se pri analizi sustava s konstantnim ubrzanjem vodeće veličine. x = t2

t < t0 , x = 0 t ≥ t0 , x = t2

S1.3.6. Grafički prikaz parabolične funkcije

5. Sinusoidalna pobuda

Još se naziva i harmonijska ili harmonička pobuda. Ima vrlo široku primjenu. Pomoću nje se snimaju frekvencijske karakteristike linearnih sustava, npr. pojačala, mikrofona, zvučnika, filtera, elektromotornih pogona itd.

S1.3.7. Grafički prikaz sinusoide

Signal ima tri parametra: frekvenciju (period), amplitudu i fazni pomak. Linearni sustav ne mijenja frekvenciju i oblik izlaznog signala, a općenito mijenja amplitudu (može biti veća ili manja), te unosi fazni pomak (može biti pozitivan ili negativan).

PRIJELAZNE KARAKTERISTIKE Odziv sustava na step funkciju naziva se prijelazna karakteristika. U automatici postoje različite vrste susatva. Prema nekim zajedničkim osobinama sustavi su svrstani u klase. Jedna od zajedničkih osobina je količina spremišta energije u sustavu. Ako neki sustav ima samo  jedno spremište energije energije naziva se sustavom prvog prvog reda. Primjeri sustava prvog reda su: - RC član - RL član - član opruga prigušivača - termički član s jednim toplinskim otporom - pneumatski član prigušivač – posuda Matematički opis ovih fizikalno različitih sustava je isti. To su analogije, odnosno analogni sustavi. Matematičke formule koje opisuju ponašanje nekog sustava čine njegov matematički model. Matematički model je jednak za jednu klasu sustava. Dinamiku sustava (prijelaznu pojavu) može možemo mo prik prikaz azat atii i graf grafič ički ki.. Dija Dijagr gram amii su isti isti za jedn jednuu klas klasu, u, ali ali su u form formul ulam amaa i dijagramima različiti koeficijenti.

PRIJELAZNE KARAKTERISTIKE SUSTAVA PRVOG REDA Sustavi prvog reda kao što su «RC» i «RL» član imaju jedno spremište energije (elekt. kondenzator kondenzator i magn. zavojnice) Matematički zapis dinamike sustava prvog reda sa koeficijentom pojačanja K ima oblik: y = K (1 –  e-t/T)

gdje je

e - baza prirodnog logaritma (2,71828...) t - vrijeme T - vremenska konstanta sustava sustava U slučaju RC člana vremenska vremenska konstanta iznosi iznosi T = R ∙ C (s) Prijelazna karakteristika ili prijelazna funkcija je područje od uključivanja pobude u trenutku t0 do uspostavl uspostavljanja janja ustaljeno ustaljenogg stanja. stanja. Prijelazna Prijelazna karakteri karakteristika stika ili prijelazn prijelaznaa funkcija funkcija je  područje od uključivanja uključivanja pobudc u trenutku t 0, do uspostavljanja ustaljenog stanja. Ono po formuli nastupa nakon beskonačnog vremena, ali u stvarnosti prijelazna pojava završ završava ava nakon nakon (3 do 5) T, jer je nakon t = 5 T dosegn dosegnut ut iznos iznos od 99,33 99,33 % konač konačne ne vrijednosti.

X 1

0

t

S1.3.8. Grafički prikaz pobude i odziva za sustav 1. reda

x - ulazni signal y - izlazni signal YST - vrijednost izlazne veličine u ustaljenom stanju K - koeficijent pojačanja sustava T- vremenska konstanta sustava 1. reda Ako ne poznajemo građu sustava, vremenska konstanta se može dobiti i grafičkim putem iz odziva. U ishodištu se povuče tangenta i iz presjecišta s pravcem konačnog iznosa povuče se okomica na apscisu. Kod t = T izlazna veličina veličina je dosegla 63,2% konačnog konačnog iznosa. iznosa. Vremenska konstanta je vremenski razmak koji bi protekao dok izlazna veličina dosegne stacio stacionar narnu nu vrijed vrijednos nostt mijenj mijenjaju ajući ći se najveć najvećom om brzino brzinom m (a ona je najve najveća ća u početn početnom om trenutku). Dinamiku svakog sustava 1. reda u potpunosti opisuje vramenska konstanta T. Statiku opisuju  početna i konačna konačna vrijednost y. U kondenzatoru se skladišti električna energija, a dinamika je proces nabijanja kondenzatora. U zavojnici se skladišti magnetska energija, u opruzi potencijalna mehanička energija, u zamaš zamašnja njaku ku ili rotoru rotoru kineti kinetička čka mehan mehaničk ičkaa energi energija, ja, u toplin toplinsko skom m sprem spremišt ištuu toplin toplinska ska energija, u posudi sa stlačenim zrakom potencijalna energija itd. Budući da sustav prvog reda ima samo jedno skladište energije, ne može doći do titranja energ energije ije izmedu izmedu sklad skladišt ištaa pa zato zato ne može može doći doći ni do pojav pojavee rezona rezonanc ncije ije,, oscila oscilacij cijaa i nestabilnog odziva.

Sustav 1. reda ima stabilan odziv. Kako nema oscilacija, zove se i aperiodski odziv, a kako nema nadvišenja, zove se i monotoni odziv. Fizikalna narav sustava odreduje red veličine vremenske konstante. Najveći iznosi T su u toplinskim uređajima (minute), a najmanji u optičkim i poluvodičkim uredajima (10 -12 s).

PRIJELAZNE KARAKTERISTIKE SUSTAVA 2. REDA Sustavi 2. reda imaju dva spremišta energije. Dinamiku sustava 2. reda ne može opisati samo 1 parametar kao što je to bila vremenska konstanta T u sustavima 1. reda. Za opis prijelazne  pojave sustava 2. reda potrebno je više parametara. Najvažniji parametar kod sustava 2. reda  je stupanj prigušenja prigušenja ζ koji može poprimiti poprimiti različite iznose. Sustavi drugog reda su najvažniji, a sustavi višeg reda se često mogu svesti na sustav 2. reda. Fizikalni sadržaj može biti sasvim različit: serijski i paralelni RCL krug, neki elektromotori, sustavi masa – opruga – prigušivač, pneumatski pneumatski i hidraulički hidraulički uređaji itd. U RLC krugu može doći do izmjenjivanja magnetske energije spremljene u zavojnici i električne energije spremljene u kondenzatoru. Taj proces izmjenjivanja energije je oscilatorni  proces ili istitravanje. istitravanje. Kad se energija potroši pretvaranjem u toplinu u otporniku (R) prelazna pojava će završiti. U eletromotoru može doći doći do istitravanja magnetske magnetske energije i kinetičke energije energije rotirajućih masa. Fizikalno potpuno različiti sustavi mogu se opisati istim dijagramima i formulama. Kažemo da im je matematički model jednak, ali sa različitim koeficijentima. Odziv sustava 2. reda može biti:

- aperiodski - oscilatoran

APERIODSKI ODZIV SUSTAVA 2. REDA

X 1

0

t

Odziv sustava 2. reda je aperiodski za stupanj prigušenja veći ili jednak od 1. Aperiodski (neosc (neoscila ilator torni, ni, neper neperiod iodičn ični) i) odziv odziv nema nema ni nadviš nadvišenj enjaa ni oscila oscilacij cija. a. Izlazn Izlaznaa veliči veličina na monotono raste do stacionarne vrijednosti. Tangenta u ishodištu je apscisna os (t). Na sredini prijelazne karakteristike brzina promjene izlazne veličine je najveća (tangenta u toj točci je pod najvećim kutem).

OSCILATORNI ODZIV SUSTAVA SUSTAVA DRUGOG REDA REDA

Ovisno o stupnju prigušenja ζ oscilacije mogu biti: 1. prigušene prigušene (0 < ζ < 1) 1) 2. konstantne (ζ = 0) 3. neprigušene neprigušene (raspirujuće) (raspirujuće) (ζ < 0) 1. OSCILATORNI ODZIV SA PRIGUŠENIM OSCILACIJAMA

Grafički prikaz prigušenog oscilatornog odziva odziva (0 < ζ < 1) Odziv sustava 2. reda je prigušeni oscilatorni odziv za stupnjeve prigušenja između između 0 i 1 (0 < ζ < 1). Dopušteno nadvišenje nadvišenje je obično 10 – 30% vrijednosti ustaljenog stanja.  Nadvišenje ovisi ovisi o stupnju prigušenja, prigušenja, što je prigušenje prigušenje veće to će nadvišenje nadvišenje biti manje. manje.  Nadvišenju od 35% 35% odgovara stupanj stupanj prigušenja ζ = 0,3 Amplitude oscilacija su sve manje i manje. Kad prijelazna pojava završi oscilacija nema. Prijelazna pojava završi kad je izlazna veličina u granicama ±5% do ±1% od vrijednosti u ustaljenom stanju. Amplituda oscilacija je u prijelaznoj pojavi sve manja, ali je frekvencija prigušenih oscilacija f  p nepromjenjiva tj. perioda prigušenih oscilacija T p je konstantna.

2. OSCILATORNI OSCILATORNI ODZIV SA KONSTANTNIM KONSTANTNIM OSCILACIJAMA

Sl XXX Grafički prikaz konstantnih konstantnih oscilacija oscilacija (ζ = 0) 0) Tn - Perioda vlastitih oscilacija Sustav 2. reda imat će na izlazu oscilatorni odziv sa konstantnim oscilacijama za stupanj  prigušenja ζ = 0 Ovakav odziv je na granici stabilnosti, pa zato nije dopušten u automatici. RLC sustav će imati odziv konstantnih oscilacija oscilacija kada mu stupanj prigušenja prigušenja bude nula (ζ = 0), a to će biti onda kada otpor R bude jednak nula.

3. OSCILATORNI ODZIV SA NEPRIGUŠENIM OSCILACIJAMA

Grafički prikaz raspirujućih oscilacija (ζ<0)

Sustav 2. reda imat će neprigušeni odziv za stupanj prigušenja manji od nule (ζ<0). Kod takvog odziva izlazna veličina se udaljava od stacionarnog stanja. Raspirujuće oscilacije znače nestabilan odziv. On je zabranjen u automatici jer može dovesti do uništenja uređaja.

MRTVO VRIJEME

Sl. Prijelazna funkcija (karakteristika) Tm člana

U slučajevima gdje se pojavljuje transport energije ili tvari nastaje mrtvo vrijeme (prijenosno ili transportno vrijeme). Oznake su T m , tm , Td , td Član s mrtvim vremenom naziva se transportni član ili T m – član. Primjeri sustava s mrtvim vremenom su: 1. Prijevozn Prijevoznee vrpce vrpce (trake) (trake) za šljuna šljunak, k, cement, cement, ugljen ugljen i slično slično 2. Cjevovod Cjevovodii za fluide fluide (plinovo (plinovod, d, naftovod naftovod,, vodovod vodovod i slično slično)) 3. Prijenos Prijenos elektroma elektromagnet gnetskih skih valova valova kroz kroz svemir  svemir  Mrtvo vrijeme se pojavljuje svugdje gdje se neka pojava širi konačanom brzinom koja nije  jako velika u odnosu odnosu na brzinu promjena promjena fizikalnih veličina veličina u automatskom automatskom sustavu. Sustavi s mrtvim vremenom opisuju se jednadžbama jednadžbama kao što je : y(t) = x(t – T m) Mrtvo vrijeme zapravo postoji svugdje, ali se u mnogim uređajima ono može potpuno zanemariti. Elektroničke komponente imaju jako mali iznos mrtvog vremena (T m) (reda veličine pikosekunde do nanosekunde) koje se može zanemariti. Kod prijevoznih vrpci (elevatora) mrtvo vrijeme se ne može zanemariti. Elektromagnetski signal do Marsa putuje približno 30 minuta. Zbog toga što je to vrijeme  prilično veliko otežano je daljinsko upravljanje vozilima na Marsu. Za putovanje signala u oba smjera treba oko 1 sat. U ovom primjeru se brzina signala ne može povećati jer je to  brzina svjetlosti.

DJELOVANJA KOMPONENTI AUTOMATSKIH SUSTAVA Regul Regulaci acijsk jskii susta sustavi vi se sasto sastoje je od mnoštv mnoštvaa raznih raznih kompon komponent enti.i. Po svom svom dinami dinamičk čkom om  ponašanju te komponente se mogu svesti na nekoliko klasa. Osnovne klase su: 1) Položajne (pozicijske) komponente koje se još zovu komponente s proporcionalnim djelovanjem. 2) Komponente s integracijskim djelovanjem 3) Komponente s derivacijskim djelovanjem 4) Komponente s mrtvim vremenom

PROPORCIONALNO PROPORCIONALNO DJELOVANJE Komponente s proporcionalnim djelovanjem dijelimo prema broju spremišta energije na: 1) Proporcionalni članovi nultog reda ili P 0 članovi 2) Proporcionalni članovi 1. reda ili P 1 članovi 3) Proporcionalni članovi 2. reda ili P 2 članovi 4) Proporcionalni članovi višeg reda ili P n članovi 1. Proporcionalni članovi nultog reda ili P 0 članovi

Ovakvi članovi nemaju spremište energije. Zato se ovakav sustav može opisati algebarskom  jednadžbom.  jednadžbom. Ovo je najjednostavniji najjednostavniji član. Ima više primjera: 1) mehanička poluga 2) reduktor  3) otporničko naponsko djelilo itd... Kod ovakvih članova se tromost (inercija) člana zanemaruje, pa je prijenos signala s ulaza na izlaz trenutan.  Negdje se ta tromost ne može zanemariti. Kod mehaničkih prijenosa ne može se uvijek  zanemariti masa i elastičnost poluga i osovina.

Sl. Prikaz otporničkog naponskog djelila K  p – konstanta proporcionalnosti, pojačanje

Sl. Grafički prikaz dinamike P0 člana U slučaju slučaju aktivnih aktivnih članova članova (pojačala) (pojačala) K  p p je stvarno pojačanje, a u slučaju pasivnih članova (potenciometri) K  p je prigušenje. P 0 član se općenito smatra pojačalom. P 0 članovi ne unose fazni pomak odnosno kašenjenje signala. Zato su to stabilne komponente u otvorenom sustavu. P0 član može biti i sa mrtvim vremenom pa je to onda P Tm – član. 2. Proporcionalni članovi prvog reda ili P 1 članovi «vidi prijelazne karakteristike sustava 1. reda»

Imaju jedno spremište enegrije. Nemaju oscilatornog odziva. Dinamičko ponašanje P 1 članova definira vremenska konstanta T.  Najjednostavniji  Najjednostavniji primjer P1 člana je RC član. Ima jedno spremište energije. Nema oscilatornog odziva. R  X

Y C

P1 članovi mogu imati i mrtvo vrijeme Tm. Odziv je isti, ali kasni za iznos Tm. 3. Proporcionalni članovi drugog reda ili P 2 članovi vidi prijelazne karakteristike sustava 2. reda

Imaju 2 spremišta energije. Odziv P 2 člana može biti aperiodski ili oscilatoran. P 2 članovi mogu imati mrtvo vrijeme.

 Najjednostavniji  Najjednostavniji primjer P2 člana je RLC član. član. R 

L

X

Y C

L i C su spremišta energije. Ovakvo ponašanje ima i istosmjerni elektromotor sa neovisnom uzbudom. Njegov odziv je  brzina vrtnje, a on može biti aperiodski ili oscilatorni. Zbog istitravanja energije među spremištima dolazi do oscilacija. P2 članovi su najvažniji.

4. Proporcionalni članovi višeg reda ili P n članovi

Često su prisutni u stvarnosti. Obično se mogu zanemariti neke pojave pa se takvi članovi mogu svesti na P 2 članove

INTEGRACIJSKO DJELOVANJE Kod integracijskih članova izlazna veličina je proporcionalna integralu ulazne veličine. Razlikujemo dvije vrste integracijskih komponenti. To su: 1) Idealna Idealna integraci integracijska jska komponen komponenta ta ili ili I0 član 2) Realna Realna integraci integracijska jska komponen komponenta ta ili ili I 1 član 1) Idealne integracijske komponente ili I 0 članovi

To je idealizirani (pojednostavljeni) slučaj stvarnog člana. Primjeri uređaja koji se opisuju kao I0 članovi su električni kondenzatori (bez otpora), induktivitet (bez otpora), kut zakreta osovine motora., hidrauličko pojačalo itd. Prijelazna karakteristika opisuje se jednadžbom: jednadžbom: y = K i ∙ t gdje je K i pojačanje I0 člana ili integracijska konstanta. To je jednadžba pravca koji prolazi kroz ishodište.

Grafički prikaz dinamike I 0 člana Uz konstantni ulazni signal (step pobuda), izlazni signal raste kontinuirano tijekom cijelog vremena djelovanja ulaznog signala. Grafički je to pravac – linearna karakteristika. Porast izlazne veličine je neograničen s protjecanjem vremena u idealnom slučaju. U stvarnoj situaciji vrijedi crtkani dio. To znači da npr. razina tekućine u posudi raste uz konstantni dotok, ali samo dok se posuda ne napuni. Kad bi dubina posuda bila neograničena, razina y bi rasla neograničeno. neograničeno. Isto tako je i sa ukupnim kutnim pomakom osovine motora. Uz konstantnu brzinu vrtnje, ukupni kut zakreta raste linearno i kontinuirano. Taj porast se prekida kada se motor isključi zbog bilo kojeg razloga. Punjenje kondenzatora kondenzatora bez električnog otpora je idealizirani slučaj. Napon na kondenzatoru je odziv i on raste linearno i kontinuirano jer kroz njega teče konstantna struja iz izvora (pobuda) Kod I0 člana može se pojaviti i mrtvo vrijeme. To je posljedica duljeg prijevoza tvari ili energije od izvora do spremišta

Grafički prikaz dinamike I 0 člana s mrtvim vremenom za dvije različite amplitude pobude  prikazan je na slici dolje

Sl. Grafički prikaz dinamike I 0 člana s mrtvim vremenom za dvije različite amplitude pobude Iz slike se vidi da brzina porasta odziva ovisi o amplitudi pobude. Za dva puta veću amplitudu ulaznog signala brzina porasta izlaznog signala je dva puta veća. 2. Realne integracijske komponente ili I 1 članovi

One se mogu proučavati kao serijski spoj I 0 člana i P 1 člana. Primjeri su: RC – članovi, RL – članovi, servo motori kod kojih je odziv kut zakreta osovine itd. Prijel Prijelaz azna na pojav pojavaa kod integr integraci acijsk jskog og člana člana 1. reda reda (I 1) se odvija usporeno. Uzrok tom uporen uporenju ju su inerci inercijsk jskee osobin osobinee (tromos (tromost) t) stvarn stvarnog og uređaj uređajaa koje koje se matem matemati atički čki opisuj opisujuu  pomoću vremenske vremenske konstante konstante T.

Sl . .Grafički prikaz dinamike realnog integracijskog člana Matematički zapis odziva I 1 člana glasi: y= AK i [t – T(1-e-t/T)]

DERIVACIJSKO DJELOVANJE Kod derivacijskih komponenti izlazna veličina je proporcionalna derivaciji ulazne veličine. Razlikujemo idealnu derivacijsku komponentu ili D 0 član i realnu realnu derivacijsku derivacijsku komponentu ili D1 član. 1. Idealne derivacijske komponente ili D 0 članovi

Jedinice sa derivacijskim djelovanjem imaju signal na izlazu samo onda kada se ulazni signal mijenj mijenja. a. Ako nema nema promje promjene ne ulazn ulaznog og signa signala, la, izlaz izlaznog nog signa signala la nema. nema. Ako je pobuda pobuda konstantna nema odziva. Derivacijski članovi ne reagiraju na iznos ulaznog signala, već samo na njegovu promjenu. Kod D0 člana idealiziramo slučaj, pa zanemarujemo inercijska svojstva. D 0 član reagira na tendenciju promjena ulaznog signala.

Sl.. Grafički prikaz dinamike D 0 člana Prijelazna funkcija D 0 člana je: y= K D δ(t) gdje je K D pojačanje D0 člana ili derivacijska konstanta Primjeri D0 – člana su: električni kondenzatori, zavojnica, tahogenerator, .. U slučaju kondenzatora bez otpora struja punjenja kondenzatora je proporcionalna brzini (derivaciji) promjene priključenog napona i kapaciteta. Kod idealne zavojnice inducirani napon je zbog pojave samoindukcije, proporcionalan brzini  promjene struje koja teče kroz zavojnicu zavojnicu i iznosu induktiviteta. induktiviteta. Kod idealn idealnog og tahoge tahogener nerato atora ra napon napon je propor proporcio ciona nalan lan brzini brzini promje promjene ne kuta kuta zakret zakreta, a, a inducirani napon (izlazna veličina tahogeneratora) ovisi o brzini vrtnje.

2. Realne derivacijske komponente ili D 1 članovi

Realne derivacijske komponente mogu se razmatrati kao serijski spoj D 0 člana i P1 člana. Prijelazna pojava D 1 člana je sporija nego kod D 0 – člana zbog tromosti (inercije) realnog uređaja. Tu tromost opisuje vremenska konstanta T. Prijelazna funkcija D1 člana ima oblik: y = A (K D/T) e-t/T

Sl. Grafički prikaz dinamike dinamike realnog derivacijskog člana člana Primjeri realnih derivacijskih komponenti su realni CR članovi, RL članovi, hidraulički  prigušivači sa oprugom oprugom itd. Realna derivacijska komponenta propušta brze promjene ulaznog signala, a spore promjene  prigušuje. Realne derivacijske komponente se primjenjuju u regulatorima zbog ubrzavanja prijelazne  pojave. Te komponente djeluju samo u početku, a uz konstantnu pobudu ne djeluju. Deriva Derivacij cijske ske kompon komponent entee su osjetl osjetljiv jivee na smetnj smetnjee koje koje često često imaju imaju oblik oblik kratko kratkotra trajni jnihh impulsa.

PITANJA: 1) Nabroji standardne ispitne funkcije. 2) Zašto se koriste standardne ispitne funkcije? f unkcije? 3) Nacrtaj i objasni step funkciju. 4) Nacrtaj i objasni jedinični impuls 5) Nacrtaj i objasni nagibnu i paraboličnu funkciju. 6) Nacrtaj i objasni sinusoidalnu funkciju. 7) Koji sustavi se nazivaju sustavima 1. reda? 8) Nacrtajte prijelaznu funkciju sustava 1. reda. 9) Što je prijelazna funkcija? 10) Što je vremenska konstanta sustava 1. reda? 11) Kolika je vrijednost izlazne veličine nakon jedne vremenske konstante? 12) Može li odziv sustava 1. reda na step funkciju biti nestabilan i zašto? 13) Koji sustavi se nazivaju sustavima 2. reda? 14) Kakav može biti odziv sustava 2. reda? 15) Što znači aperiodski odziv? 16) Koliki mora biti stupanj prigušenja da bi odziv sustava 2. reda bio aperiodski? 17) Koje su vrste oscilatornog odziva sustava 2. reda? 18) Nacrtaj odziv za stupanj prigušenja. 19) Koliki je iznos prigušenja u slučaju oscilatornog odziva? 20) Nacrtaj odziv za stupanj prigušenja jednako nula. 21) Nacrtaj odziv za stupanj prigušenja manji od nule. 22) Koji odzivi nisu dozvoljeni u automatici? ODGOVORI: 1) Postoje: - jedinična odskočna funkcija (step funkcija) - jedinični impuls - parabolična funkcija - sinusoidalna funkcija - nagibna funkcija 2) Da bi se usporedilo ponašanje sustava. Koriste se za određivanje dinamičkog sustava, u sebi sadrži čisto frekvencijski spektar. 3) Step funkcija:

4) slika 1

5) Nagibna funkcija Slika 2

- ova ova ispi ispitn tnaa funk funkccija ija sast sastooji se od dvij dvijee vremenske pomaknute step funkcije, jedna plus druga minus.

- Ova funkcija zove se ulazna pobuda. Koristi se pri analizi servo sustava. x = t2 t>t0 x = 0 t
a = 2π f – pomoću nje se primaju frekvencije

7) Nazivaju se R L i R RL RL članovi i oni koji imaju jedno spremište energije. 8) slika prjelazne prjelazne funkcije sustava 1.reda

9) Prijelazna funkcija je područje od uključivanja pobuda do uspostavljanja ustaljenog stanja. To je odziv sustava na step funkciju. 10) Vremenska konstanta je vremenski razmak koji bi protekao dok izlazna veličina dostigne stacionarnu vrijednost mijenjajući se najvećom brzinom. 11) Vrijednost izlazne veličine nakon jedne vrmenske konstante je y = 63,2% vrijednosti u ustaljenom stanju. 12) Odziv sustava prvog reda na step funkciju ne može biti nestabilan pošto sustav ima samo  jedno spremište enertije. Pa zbog toga ne može doći do titranja energije između spremišta niti može doći do pojave rezonancije, oscilacija i nestabilnog odziva. 13) nazivaju se sustavima koji imaju dva spremišta energije kod njih. Dinamiku sustava ne može opisati samo jedan parametar kao što je to vremenska konstanta (T) u sustavima prvog reda. 14) Odziv sustava drugog reda može biti aperiodski i oscilatoran. 15) To je odziv kod kojeg nema ni prigušenja ni oscilacija. Izlazna veličina raste od stacionarne vrijednosti. 16) Da bi odziv sustava drugog reda bio aperiodski stupanj prigušenja mora biti veći ili  jednak od 1

17) Oscilatoran odziv sustava drugog reda može biti: 1. prigušen 2. konstantan 3. neprigušen 18) Slika za stupanj prigušenja izmedu 0 i 1 19) Stupanj prigušenja u slučaju za 0 i 1 se zovu oscilotarni

20) slika za konstantne oscilacije

21) slika za neprigusene oscilacije

22) U automatici nisu dozvoljeni nestabilni odziv tj. sustavi kod kojih su oscilacije konstantne ili neprigušene.

REGULATORI  Neke vrste starijih regulatora nazivaju se i kompenzatorima. kompenzatorima. Regulirati znači podešavati izlaznu veličinu, a kompenzirati znači djelovati tako da se poništi utjecaj poremećajnih veličina u sustavu. Regulator je član regulacijskog kruga koji djeluje na signal razlike (grešku) iz komparatora tako da se postigne zadovoljavajuće zadovoljavajuće ponašanje izlazne veličine. Izlazni signal iz regulatora je energetski slab pa se redovito pojačava u pojačalu prije djelovanju na objekt regulacije. Ulogu regulatora objasnili smo u poglavlju o otvorenim i zatvorenim sustavima. Ako je regulator dobar, onda je regulacijsko odstupanje na izlazu iz sustava nula, odnosno u dopuštenim granicama ±Δ. Regulator je informacijski dio automatskog sustava. Postoje različite vrste regulatora i podjele regulatora po različitim kriterijima: 1) Podjela regulatora s obzirom na opskrbu energijom 2) Podjela regualtora s obzirom na vrstu signala 3) Podjela regulatora prema vrsti djelovanja

1) Podjela s obzirom na opskrbu energijom.

Po ovome kriteriju regulatore djelimo na dvije vrste: 1) Autonomni regulatori 2) Neautonomni regulatori Autonomni regulatori nemaju pomoćni izvor energije, več troše energiju regulirane veličine. Imaju vrlo ograničenu primjenu.

Primje Primjeri ri su regula regulator torii razine razine tekućine tekućine s plovko plovkom m (vodok (vodokotl otlić) ić),, regula regulator tor temper temperatu ature re s  bimetalom, centrifugalni centrifugalni regulator brzine vrtnje u toplinskim strojevima, itd. Regulator razine tekućine s plovkom uzima energiju preko uzgona iz vodovodne mreže gdje  je voda pod tlakom od nekoliko bara, a izvor je u vodospremnicima s gravitacijskim padom. Tamo je energija dovedena tlačnim cjevovodom, a energija je iz crpnih stanica koje pogone elektromotori. Neautonom Neautonomni ni regulatori regulatori imaju imaju najšir najširuu primje primjenu. nu. Energ Energets etski ki ih napaj napajaa pomoćn pomoćnii izvor  izvor  energije. Izvedba može biti električna, pneumatska i hidraulička. Zbog razvoja suvremene elektronike i mikroračunala danas su najvažnije električne izvedbe regulatora. Pneumatski regulatori (uređaji) se dosta koriste u kemijskoj industriji zbog eksplozivne i zapaljive sredine.

2) Podjela regualtora s obzirom na vrstu signala

Po ovom kriteriju regulatore djelimo na: 1) Kontinuirane regualtore 2) Diskretne regulatore Kontinuirani regulatori rade sa neprekinutim vremenskim funkcijama napona, struje, tlaka itd. Razvijene Razvijene su električn električne, e, hidrauličke hidrauličke i pneumats pneumatske ke izvedbe kontinuira kontinuiranih nih regulatora. regulatora.  Najvažnije su elektroničke izvedbe s operacijskim pojačalima. O 1965 do 1985 to su bili najvažniji regulatori. U suvremenoj suvremenoj tehnologiji ova riješenja se sve manje koriste. Diskretni regulatori rade sa isprekidanim signalima pa se još nazivaju diskontinuirani ili neko nekont ntin inui uira rani ni regu regula lato tori ri.. Dana Danass su najv najvaž ažni niji ji digi digita taln lnii elek elektr tron onič ički ki regu regula lato torr u mikroprocesorskoj izvedbi. Kada kažemo regulator u suvremenoj automatici mislimo na mikr mikror orač ačun unal aloo najč najčeš ešće će u jedn jednoč očip ipno nojj izve izvedb dbi.i. Takv Takvoo mikr mikror orač ačun unal aloo još još zove zovemo mo mikrokontroler. 3) Podjela regulatora prema vrsti djelovanja:

1) P regulatori 2) I regulatori 3) PI regulatori 4) PD regulatori 5) P I D regulatori D regulator i DI regulator se ne koriste. Najvažniji su PI, PID i P regulatori, a manje se koriste I i PD regulator.

P - regulatori

To su kontinuirani regulatori s proporcionalnim djelovanjem. Primjenjuju se za regulaciju najjednostavnijih najjednostavnijih sustava 1. reda bez mrtvog vremena. Grafički simboli P – regulatora su:

Sl . Grafički simboli P regulatora Svaki realni P – regulator ima svoj koeficijent pojačanja K P (osjetljivost). Ta osjetljivost je odnos ulaza i izlaza. Predstavljena je odnosom ulaza i izlaza tj. statičkom karakteristikom.

SL. Statička karakteristika P regulatora  Nagib toga pravca pravca je iznos koeficijenta koeficijenta pojačanja. pojačanja. Kod malog malog pojač pojačanj anjaa regula regulator toraa je mali mali nagib nagib karak karakter terist istike ike.. Tada Tada su potreb potrebne ne velike velike  promjene ulazne veličine da bi se dobila željena izlazna veličina. Zbog proporcionalnog djelovanja P – regulatori djeluju trenutno sa svom snagom, bez kašnjenja. Sustavi sa P –  regulatorom imaju regulacijsko odstupanje koje je obrnuto proporcionalno iznosu pojačanja K P. Zbog toga K P ne smije biti previše velik, jer se može pojaviti nestabilan odziv sustava što ovisi o redu i strukturi objekta regulacije.

SL. Grafički prikaz dinamike P regulatora

I – regulatori

To su jedinice s integracijskim djelovanjem. Grafički simboli I – regulatora su:

Sl... Grafički simboli I regulatora I –regulatori djeluju tako da uklanjaju regulacijsko odstupanje u ustaljenom stanju. Djeluju sporo i brzina odziva im ovisi o iznosu regulacijskog odstupanja. Dinamika I regulatora je prikazana na sljedećoj slici:

SL... Grafički prikaz dinamike I regulatora

PI regulatori

To je kombinacija kombinacija proporcionalnog i integracijskog regulatora. regulatora. P – regulator djeluje brzo, ali stvara stvara regulacijsko odstupanje. odstupanje. I – regulator djeluje sporo, ali uklanja regulacijsko odstupanje. Za kvalitetnu regulaciju nisu povoljni ni samostalni P ni samostalni I regulatori već se  primjenjuju PI – regulatori regulatori ( proporcionalno integracijski integracijski regulatori) Grafički simboli PI – regulatora su na donjoj slici:

Sl... Grafički simboli PI regulatora Odziv na jediničnu step pobudu ima oblik: y = K P + (K P/Ti) t gdje gdje je Ti inte integr grac acij ijsk skaa vrem vremen ensk skaa kons konsta tant ntaa PI regu regula lato tora ra koja koja je jedn jednak akaa vrem vremen enuu  potrebnom da I djelovanje djelovanje dosegne dosegne isti iznos kao P djelovanje. Dinamika PI regulatora je na sljedećoj slici:

I djelovanje osigurava visoku točnost regulirane veličine, a P djelovanje osigurava veliku  brzinu odziva. P komponenta je dobra za prijelaznu pojavu, a I komponenta je dobra za ustaljeno stanje. PI – regulatori su prikladni i za automatske sustave sustave s mrtvim vremenom. Sustavi sa PI – regulatorom r egulatorom imaju veliku točnost i veliku brzinu odziva. Oni su najčešća vrsta regulatora u reguliranim elektromotornim pogonima za regulaciju brzine vrtnje.

PD1 regulatori

To su proporcionalno derivacijski regulatori. Mogu se razmatrati kao spoj proporcionalnog i derivacijskog člana. Njihova osnovna značajka je da im vrijednost izlazne veličine ne ovisi samo o iznosu signala razlike (greške) već i o brzini promjene signala razlike. Zato im je u početku prijelazne pojave najveći iznos izlazne veličine, a u ustaljenom stanju je aktivna samo proporcionalna komponenta. Kod PD1 reguliranja je visoka točnost za vrijeme vrijeme prijelazne pojave (suprotno PI slučaju). slučaju). Grafički simboli PD1 regulatora su:

Odziv na odskočnu pobudu ima početni skok iznosa Kp (Td/T1). Nakon toga, s vremenskom konstantom T1 smanjuje se iznos izlazne veličine na vrijednost određenu P članom. Prijelazna karakteristika PD1 regulatora prikazana je na sljedećij slici:

PD1 regulatori nemaju veliku primjenu u tehničkoj praksi zbog osjetljivosti derivacijskog člana na smetnje. Primjenjuju se za reguliranje procesa čija regulirana veličina raste po eksponencijalnom zakonu u odnosu na ulaznu veličinu.

PID - regulatori

To su proporcionalno integracijsko derivacijski regulatori. Oni ujedinjuju prednosti sva 3 osnovna člana. PID – regulatori se mogu razmatrati kao spoj proporcionalnog, integracijskog i derivacijskog člana. Grafički simboli PID regulatora prikazani su na sljedećij slici:

Sl .. Grafički simboli PID regulatora Ako se dobro namjeste koeficijenti pojedinih članova, PID – regulatori služe za reguliranje  bilo kakvih sustava. sustava. P član daje brzinu odziva i stalno pojačanje. D član povećava brzinu odziva, I član daje točnost, točnost, jer potpuno uklanja uklanja grešku u ustaljenom ustaljenom stanju. Dinamika PID regulatora prikazana je na sljedećoj slici:

Sl. Dinamika PID regulatora

PITANJA: 1. Skicir Skiciraj aj odziv odziv P – reg. reg. na step step pobudu pobudu.. 2. Koje Koje su osob osobin inee I – reg. reg.?? 3. Skicir Skiciraj aj odziv odziv PI – reg. reg. na step step pobud pobudu. u. 4. Skcira Skcirajj odziv odziv PD 1 – reg. reg. na step step pobud pobudu. u. 5. Koje Koje su su osob osobin inee PID PID – reg. reg.?? 6. Zašto Zašto se D – reg. reg. ne ne koris koristi ti u prak praksi? si? 7. Koje su vrste vrste reg. prema prema regulac regulacijsko ijskom m djelova djelovanju? nju? 8. Skiciraj Skiciraj i objasni objasni prijelaznu prijelaznu funkc funkciju iju članova članova s mrtvim vremenom. vremenom. 9. Koje Koje su osob osobin inee P –reg –reg.? .? 10.Skiciraj odziv I – reg. na step pobudu. 11.Koje su osobine PI –reg.? 12.Skiciraj odziv PID 1 –reg na step pobudu. 13.Na temelju čega regulatori formiraju regulacijsko djelovanje? djelovanje? 14.Koji signal obrađuju regulatori? ODGOVORI: 1) Slika odziva P. Reg. Na step pobudu

2) Osobine I – reg.: Djeluje tako da uklanjaju regualcijsko odstupanje u ustaljenom stanju, djeluju sporo i brzina odziva im ovisi o iznosu regulacijskog odstupanja. Interakcijsko djelovanje je povoljno pri reguliranju procesa sa nikakvom ili jako malom akumulacijom energije. 3) Slika odziva PI reg.na step pobudu

4) Odziv PD 1 reg. Na step pobudu 5) Kod PD 1 –reg. vrijednost vrijednost izlazne veličine ne ovisi samo samo o iznosu signala razlike (greške) (greške) već i o brzini promjene signala razlike. Zbog toga im je u početku prijelazni pojave. 6) Diskretni regulatori rade sa isprekidanim signalima pa su nekombinirani regulatori. 7) prema regulacisko regulaciskom m djelovanj djelovanjuu imamo imamo propocino propocinonalne nalne , integracis integraciske ke ,propocional ,propocionalno no integr integraci aciske ske , integr integraci acisko sko propoc propocion ionaln alnee , propoc propocion ionaln alnoo diskre diskretne tne i propoc propocion ionaln alnoo integraciske diskretne. 8) Slika prjelazne funkcije članova sa Tm. 9) P regualtori su kontinuirani kontinuirani regulatori s propocionalnim propocionalnim djelovanjem. djelovanjem.

10) Slika odziva I reg. Na step step pobudu. 11) P član djeluje brzo ali stvara regulacisko odstupanje . 12) slika PID 1 reg. Na step pobudu pobudu . 13) Regualtori formiraju djelovanje djelovanje na temelju regulaciskog regulaciskog odstupanja odstupanja . 14) Regulatori obrađuju signal greške .

REGULATORI Automatski regulatori formiraju regulacijsko regulacijsko djelovanje prema odstupanju odstupanju regulirane veličine veličine od zadane vrijednosti (greške).

+x

ε

Regulator

m

-p

Regul Regulato atore re dijeli dijelimo mo prema prema regula regulacij cijsko skom m djelov djelovan anju ju na propor proporcio cional nalne ne,, integr integraln alnee i  proporcionalno integralno integralno derivacijske regulatore. regulatore. Proporcionalni ili P – regulatori formiraju regulacijsko djelovanje djelovanje prema slijedećem zakonu zakonu m = K P ∙ ε Integracijski ili I – regulatori regulatori djeluju po zakonu zakonu m = K i ∙∫ε ∙ dt Proporcionalno integracijski ili PI – regulatori regulatori djeluju po zakonu zakonu m = K P ∙ ε + K i ∫ ε ∙ dt Proporcionalno derivacijski derivacijski ili PD – regulatori djeluju po zakonu: m = K P ∙ε + K d ∙ dε/dt Proporcionalno integracijsko derivacijski ili PID – regulatori djeluju po zakonu: m = K P ∙ ε + K i ∫ε ∙ dt + K d ∙ dε/dt Prema Prema korištenoj korištenoj energiji energiji odnosno odnosno radnom radnom mediju mediju razlikuje razlikujemo mo mehaničke mehaničke,, hidrauličk hidrauličke, e,  pneumatske,  pneumatske, električne, i regulatore koji su njihova kombinacija tj. elektro-hidrauličke ili elektro-pneumatske elektro-pneumatske regulatore.

HIDRAULIČKI REGULATORI U hidrauličkim regulatorima kao radni medij koristi se ulje pod tlakom te voda koja je rjeđe rjeđe u uporabi. Radni tlak je obično od 5 – 20 bara, a ponekad i više. Radi velikih regulacijskih sila koje se postižu u ovim regulatorima gotovo uvijek se mogu zanemariti sile inercije masa. Hidraulički regulatori zahtijevaju čisto filtrirano ulje s kojim rade veoma pouzdano i gotovo  bez habanja. HIDRAULIČKI P – REGULATOR REGULATOR BROJA OKRETAJA OKRETAJA

Propor Proporcio cional nalni ni regula regulator torii (P-reg (P-regula ulator tori) i) su oni regula regulator torii pri kojim kojim je regula regulacij cijsko sko djelovanje proporcionalno odstupanju regulirane veličine od zadane vrijednosti.  Na slici 8.1. prikazan je hidraulički regulator broja okretaja parne turbine koji radi kao Pregulator. Signal broja okretaja daje glavna uljna sisaljka (1), koja je priključena na turbinsko vratilo. Sisaljka dobiva signal razlike tlaka i predaje ga mjernom mehanizmu (2). U području malih brojeva okretaja od 3 do 6% n n usprkos kvadratnoj ovisnosti tlaka o broju okretaja u centrifugalnoj sisaljci, ovisnost izmedu Δp i n je linearna. Poradi toga lisnata opruga 3 mjernog mehanizma, na koju djeluje diferencijalni tlak Δp preko dva elastična mijeha, stvara  proporcionalni pomak broju okretaja od oko 0,3 mm. Lisnata opruga postavljena je ispred sapnice i tako upravlja uljnim impulsom u ogranku 4, a time i polugom pojačala 5.

S1. 8.1. Hidraulički regulator broja okretaja parne turbine: 1-glavna uljna centrifugalna sisaljka kao davač broja okretaja; 2-mjerni mehanizam; 3-lisnata opru opruga ga mjer mjerno nogg meha mehani nizm zma; a; 4-im 4-impu puls lsni ni odvo odvoja jak; k; 5-po 5-poja jača čalo lo;; 6-im 6-impu puls lsni ni odvo odvoja jak; k; 7servomotor; 8-regulacijski ventil; 9-ulje pod tlakom; 10-prema drugim servomotorima; 11dovod pare; 12-prema drugim sapnicarna O položaju poluge (5) ovisi tlak ulja u impulsnom odvojku (6), koji upravlja s četiri do šest  paralelno uključenih servomotora, spojenih s regulacijskim ventilima (8). ( 8). U cijevi (6) ulje se dovodi preko prigušnice konstantnim tlakom, tako da impulsni tlak ovisi samo o položaju lisnate opruge, odnosno poluge.

Servomotori rade na načelu izjednačavanja sila, tj. sila impulsnog tlaka se uravnotežuje sa silom silom povrat povratne ne opruge opruge pa se ventil ventilii otvara otvaraju ju ili zatva zatvaraj rajuu jedan jedan za drugim drugim.. Pogodn Pogodnim im dimenzioniranjem postiže se proporcionalnost između količine pare kojom se upravlja s  pomoću ventila (8) i broja okretaja vratila turbine. turbine.

HIDRAULIČKI I - REGULATOR TLAKA

Pri I-regulatorima nema zaostalih neravnomjernosti, a statička pogreška je jednaka nuli. Regulacijsko djelovanje jednako je integralu odstupanja stvarne vrijednosti od zadane.  Na slici 8.2. prikazan je hidraulički I – regulator s mlaznicom. Tlak koji se regulira djeluje  preko membrane (1) na pomičnu pomičnu cijev (2). Mlaz ulja iz sapnice djeluje na jedan jedan od dva otvora u stijenki (3) tako da je klip (5) u ravnoteži i zadržava svoj položaj.

Sl. 8.2. Regulator s mlaznicom 1-membrana; 2-mlaznica; 2-mlaznica; 3-otvori; 4-servocilindar, 4-servocilindar, 5-servo klip; 6-ventil; 7- opruga; opruga; dovod ulja pod tlakom

13-

Medutim, vrlo mali pomak mlaznice rezultira pomicanjem klipa na jednu ili drugu stranu  brzinom koja je proporcionalna pomicanju mlaznice. Time se ventil (6) ugađa tako dugo dok  se ne postigne potrebni tlak koji se zadaje oprugom (7). Od ovog I-regulatora može se dobiti P-regulator ako se položaj klipa (5) određuje preko pogodnog mehanizma naponom opruge (7); to bi bila povratna veza.

HIDRAULIČKI PI – REGULATOR 

Kod tih regulatora koriste se prednosti proporcionalne i integralne regulacije. Na sl. 8.3.  prikazana je shema shema hidrauličkog PI –regulatora.

Sa servo motorom (4) serijski je povezan pomoćni klip (8) na kojeg djeluju opruge (10). Pri narušenoj ravnoteži zbog promjene tlaka koji djeluje na membranu (1) pomiče se sapnica (2) i usmj usmjer erav avaa ulje ulje kroz kroz kana kanale le (otv (otvor oren en)) (3) (3) što što rezu rezult ltir iraa giba gibanj njem em klip klipaa (5) (5) koje koje je  proporcionalno regulacijsko djelovanje na ventil (6), a također krutim prijenosom djeluje na oprugu (7). Preko zaobilaznog spoja (9) te zbog djelovanja opruge (10) pomiče se pomoćni klip (8) koji nakon izvjesnog vremena zauzme neutralan položaj, a radi toga opruge dobivaju  početni napon. Vrijeme izjednačavanja tlaka i napona opruga ovisi o otvorenosti ventila (9). To naknadno djelovanje omogućuje regulaciju bez statičke pogreške. HIDRAULIČKI PID – REGULATOR 

Regulacija prema derivaciji odstupanja regulirane veličine od zadane vrijednosti ne koristi se samostalno već u kombinaciji sa proporcionalnim i/ili integracijskim djelovanjem kao PD, ID i kao PID – regulator. Hidraulički PID – reg. prikazana je na slici 8.4. PID PID – regu regula lato tori ri obuh obuhva vaća ćaju ju prop propor orci cion onal alno no,, inte integr gral alno no i deri deriva vaci cijs jsko ko djel djelov ovan anje je.. Derivacij Derivacijska ska komponen komponenta ta daje dodatno dodatno ubrzanje ubrzanje regulacijs regulacijskom kom djelovan djelovanju, ju, a integralna integralna komponenta usporava, usporava, ali osigurava nultu grešku u ustaljenom stanju. Ako se regulat regulator or na slici slici 8.3. 8.3. proširi proširi tako da gibanje gibanje pomoćnog pomoćnog klipa klipa (8) ne djeluj djelujee neposredno na oprugu (7), već preko opruge (11) i prigušnog klipa (12), tada nastaje uz PI djelovanje još i D djelovanje (uoči razliku između 8.2., 8.3., 8.4.).

PNEUMATSKI REGULATORI U pneumatskim regulatorima rabi se zrak tlaka od oko 120 kPa, koji se održava pomoću regulatora predtlaka, a koji je priključen na postojeću mrežu pod tlakom. Ispred Ispred predre predregul gulato atora ra tlaka tlaka postav postavlja lja se filtar filtar,, pa je tako tako samo samo čisti čisti zrak zrak u sapnic sapnicama ama  pneumatskog regulatora. regulatora. Potrošnja zraka pojedinih regulatora je različita, a iznosi izmedu 100 i 600 norma litara po satu ovisno o tvornici i regulacijskom osciliranju.

Pneumatski regulatori su robusni, općenito vrlo jednostavni i pouzdani. Servomotori su membranski ventili vrlo jednostavne izvedbe, što se ne može postići pri drugim pokretačima. Potrebni Potrebni su samo dovodni dovodni vodovi, vodovi, a odvodni odvodni zrak odlazi odlazi u atmosferu atmosferu.. Poradi toga oni su danas najčešće rabljeni regulatori. Za pretvaranje različitih regulacijskih veličina (bilo koji tlakovi, razlike tlaka, temperature,  brojevi okretaja, količine itd. ) u uobičajene vrijednosti tlaka zraka od 20 do 100 kPa, rabe se  posebni pretvarači. pretvarači. PNEUMATSKI P - REGULATORI RAZINE TEKUĆINE

 Na slici 8.5. je shema pneumatskog P - regulatora razine tekućine s plovkom. Uzgon tekućine tekućine  preko plovka (1) i poluge (2) djeluje na mijeh (3), u kojem je smještena sapnica (4) dotoka zraka. U mijehu se stvara upravljački tlak zraka (5), koji djeluje na membranski ventil (6) što upravlja dotokom tekućine u spremnik.

Sl. 8.5. Pneumatski P-regulator razine tekućine Upravljački tlak zraka je proporcionalan uzgonu plovka. Dovoljna su vrlo mala pomicanja  plovka za upravljanje upravljanje regulatorom, pri kojem se željena željena vrijednost ugađa ugađa oprugom (7). PNEUMATSKI I - REGULATOR TLAKA

Rijetki su regulatori ove vrste jer je pneumatski medij za konstrukciju I-regulatora manje  pogodan od hidrauličkih. hidrauličkih. Ipak se rade i pneumatski pneumatski I-regulatori, kako je prikazano prikazano na slici 8.6. 8.6.

Sl. 8.6. Pneumatski I-regulator  Elementi mjerenja i ugađanja su elastična membrana (1) i opruga (3). Već pri vrlo malom  pomicanju odbojne pločice (2) mijenja se tlak u impulsnom vodu (4) s velikim oscilacijama tlaka zraka, koji upravlja membranskim ventilom (6). Preko prigušnog ventila (5) i spremnika zraka, koji formira zračni vod i zračni ventil (6), ventil se lagano giba i praktički u potpunosti otklanja poremećaje. U ravnotežnom radu sustava u ravnoteži su sila opruge (3) i sila tlaka koji djeluje na membranu (1). PNEUMATSKI PI - REGULATOR 

Rad pneumatskih PI-regulatora objasnit će se s pomoću regulatora na slici 8.7. Taj regulator  radi na osnovi ravnoteže sila koje nastaju djelovanjem tlaka na membrane. Tri membrane su međusobno spojene, spojene, te upravljaju odvodnom prigušnicom (1) u komori (2), u kojoj se formira upravljački tlak zraka što se prenosi prenosi prema membranskom ventilu (3). Srednja od tri spojene membrane površinom je upola manja od dvije izvanjske. Ako se mijenja stvarni tlak na priključku (12), pokreću se membrane, što rezultira odgovarajućom  promjenom tlaka u komori (2), a prema tome i gibanjem membranskog ventila na priključku (3).

U komori (4) mijenja se tlak istodobno preko prigušnog ventila (13) i prigušnice (5). Tlakovi u komorama (2) i (4) razlikuju se poradi prigušivanja pri strujanju kroz prigušni ventil (13) i  prigušnicu (5). To znači da može nastati ravnoteža sila samo kad postoji odstupanje izmedu potrebne i stvarne vrijednosti tlaka u dvije središnje komore. To ima isto značenje kao karakteristika kod P-regulatora. Vidi se da se tlakom zraka koji struji preko prigušnog ventila (14) u komoru (6) djeluje na membranu (7) i tako utječe na tlak u komorama (8) i (4). Tlaka zraka se mijenja sporo, a za to vrijeme mijenja se djelovanje na membranski ventil, i to sve dok se u komorama zadani i stvarni tlak ne izjednače. Time završava proces regulacije, koji omogućuje otklanjanje razlike izmedu stvarne i zadane vrijednosti regulirane veličine. PNEUMATSKI PID - REGULATOR 

 Na slici 8.8. shematski je prikazan pneumatski PID-regulator koji radi na principu izjednačavanja sila. Za to služe četiri elastična mijeha spojena s polugom (1). Na donjem kraju poluge poluge (1) smještena smještena je odbojna pločica pločica,, koja upravlja sapnicom sapnicom (2), a preko nje  pojačalom (3) i membranskim ventilom (4). ( 4). Odbojna pločica i sapnica rade s malim tlakom zraka zraka kako bi bi se isključi isključilo lo povratno povratno djelovan djelovanje. je. Rad Rad ovog ovog ured uredaj aja, a, u koje kojem m su svi svi elas elasti tičn čnii mjeh mjehov ovii pomi pomičn čnoo smje smješt šten eni,i, omog omoguć ućuj ujee  prilagođavanje gotovo gotovo svim mogućim slučajevima slučajevima u praksi, a sličan je radu regulatora na slici 8.7. Promjena stvarnog tlaka izaziva promjenu tlaka zraka u impulsnom vodu (5), što djeluje na membranski ventil. Preko prigušnih ventila (6) i (7) djeluje povratna veza s kašnjenjem, koja s vremenom slabi. Obujam mijeha (12) i (13) može se mijenjati s dodatnim spremnikom tako da se mogu konstate vremena Td i Ti ugađati.

POSTAVNIK TLAKA

Da bi se mogla ugađati zadana vrijednost pneumatskog regulatora s izjednačavanjem sila, upotrebljava se postavnik zadane vrijednosti (mali regulator tlaka, slika 8.9). Davač željenog tlaka omogućuje daljinsko ugađanje. Rad se zasniva zasniva na izjednačavan izjednačavanju ju sila opruge (1) i elastično elastičnogg mijeha (2). U upravljačk upravljačkoj oj komori (3) ugađa se željeni upravljački tlak neovisno o tlaku dovedenog zraka.

ELEKTRIČNI REGULATORI Električni regulatori mogu raditi kontinuirano i diskontinuirano. ELEKTRIČNI P – REGULATOR NAPONA NAPONA

Električni P – regulator regulator napona generatora generatora prikazan je na sl. 8.11.

Sl. 8.11. Električni P regulator napona Regulacijsko djelovanje ostvaruje se pomoću svitka (1) koji djeluje preko kotve (2) na zakretne kontakte (3), a preko njih na otpor kružnog polja generatora. Pomoću kotačića (6) i opruge (4) zadaje se željeni napon. Uređaj za prigušivanje (5) služi za suzbijanje vlastitih oscilacija. ELEKTRIČNI I – REGULATOR REGULATOR PROTOKA PROTOKA

Električni I regulator protoka prikazan je na sl. 8.12.

Sl. 8.12. Električni I regulator protoka

Razlika tlaka koja se stvara preko mjerne prigušnice je mjera protoka koji djeluje preko  prstenaste vage na indukcijski davač (1). Cijevno pojačalo (2) pojačava izmjenični napon davača i time upravlja dvofaznim motorom (3) koji preko prijenosnika (4) pomiče prigušnu zaklopku (5). Brzina motora odnosno brzina pomicanja prigušne zaklopke proporcionalna je otklonu davača. ELEKTRIČNI PID – REGULATOR TEMPERATURE

Električni PID – regulator temperature vodene pare sa magnetskim pojačalom prikazan je na sl. 8.13.

Sl. 8.13. Električni PID regulator temperature vodene pare U sustavu regulacije za mjerenje temperature pare koristi se otporni termometar (1), od kojeg se signal prenosi preko mjernog mosta (2) na magnetsko pojačalo (3).  Na mjernom mostu, koji se napaja istosmjernom strujom, ugađa se željena vrijednost regulirane veličine ručnim kotačem za ugađanje (4). Pojačalo (3) sadrži više prethodno magnetiziranih prigušnica koje su uključene jedna za drugom kao stupnjevi pojačala i napajaju upravljački svitak indukcijskog motora koji je s  pomoćnim svitkom spojen na mrežu od 50 Hz preko kondenzatora. kondenzatora. Servomotor (5) pokreće  preko prijenosnika ventil za uštrcavanje (6). Položaj regulacijskog ventila (6) koristi indukcijs indukcijski ki davač davač (7) (sinkroni dojavnik) dojavnik) i predaje predaje ga na ulaz pojačala pojačala preko povratne veze (8). Povratna veza sadrži otpornike i kondenzator (9). Radi procesa punjenja kondenzatora RC kombinacija (9) djeluje s kašnjenjem, a (10) sa slabljenjem. Preko otpora se mogu ugađati vremensk vremenskee konstante konstante inegracijsko inegracijskogg i derivacijsko derivacijskogg djelovanja djelovanja (T i, Td,) i proporcionalno djelovanje.

KOMBINIRANI REGULATORI

Svaki oblik pomoćne energije ima specifična svojstva koja omogućuju konstrukciju različitih regulatora. Za mjerenje i prijenos signala osobito su pogodni električni članovi, dok su hidraulični i pneumatski pneumatski članovi pogodni za pokretanje ventila, ventila, klizača, sklopki itd... Radi toga su konstrukc konstrukcije ije regulatora regulatora često često kombinac kombinacija ija elektro-pn elektro-pneuma eumatskih tskih ili elektroelektrohidrauličkih članova. ELEKTRO-PNEUMATSKI ELEKTRO-PNEUMATSKI PID-REGULATOR 

Kombin Kombinira irani ni elektr elektro-p o-pneu neumat matski ski regula regulator tor koji koji radi radi sa PID - djelov djelovan anjem jem shemat shematski ski je  prikazan na slici slici 8.14.

Sl. 8.14. Elektro pneumatski regulator  Otporni termometar ( termički otpornik)(1) mjeri temperaturu uz pomoć Winstonova mosta (2). Na otporniku (3) postavi se željena vrijednost koja odgovara ravnoteži mosta. Pri poremećaju ravnoteže mosta, što pokazuje instrument u dijagonali (4), pomiče se svitak  (5) koji je smješten paralelno sa sustavom sapnica – odbojna pločica (6). Pomicanje svitka (5) i odbojne pločice rezultira promjenom tlaka upravljačkog zraka, koji djeluje preko pneumatskog pojačala (7) na membranski ventil (8), a time i na regulacijsko djelovanje. Kao povratna veza služe membrane (9), koje djeluju na povrat opruge pomičnog mjernog svitka (5). Na prigušnim ventilima (10) i (11) ugađa se integracijsko i derivacijsko djelovanje regulatora.

ELEKTRO - HIDRAULIČKI REGULATOR 

Kao primjer elektro-hidrauličkog regulatora uzet je slijedni regulator na slici 8.15. kod kojeg izlazna vrijednost slijedi promjenu ulazne vrijednosti.

Sl. 8.15 Shema elektro-hidrauličkog regulatora Ovaj regulator ima zadatak da svede na nulu odstupanje zakretnog kuta koji se postavlja na mjestu upravljanja okretanjem kotača kormila i kuta lista kormila. To se postiže sinkronim davačem signala (1) koji se nalazi na upravljačkom stupu. Rotor se napaja izmjeničnom strujom koja pobuđuje magnetsko pojačalo (2) i preko njega se pogoni servomotor (3) hidrauličkog uređaja. Hidraulički uređaj može se okretati ulijevo ili udesno, dok rotor sinkronog prijemnika (4) ne zauzme isti položaj kao i sinhroni davač. Stator Statorii sinkro sinkronog nog davača davača i prijem prijemnik nikaa međuso međusobno bno su povez povezani ani.. Servom Servomoto otorr (3) pomiče pomiče upravljačku maticu (6) na upravljačkom vratilu (5) i tako upravlja hidrauličkim slijednim sustavom. To se obavlja pomoću klipne sisaljke (8) pogonjene motorom (7). Protok i mjer ovise o  položaju regulacijske poluge (9). Pri pomicanju upravljačke upravljačke matice (6) pomiče se upravljačka  poluga (9), a poluga poluga za ugađanje ugađanje okreće se oko oko točke (10). Sisaljka (8) radi tako dugo dok se list kormila (11) ne dovede dvostrukim klipom (12) u traženi položaj u kojem se preko povratne poluge (13) i poluge za regulaciju (9) sisaljka (8) ne dovede u nulti položaj, kojem odgovara nulti protok.

RELEJNA REGULACIJA

Relejna regulacija je primjer nelinearne regulacije. Relejima se nazivaju sustavi (elementi) regulacije kod kojih regulacijski organ zauzima dva položaja: „otvoreno“ ili „zatvoreno“. „zatvoreno“. Karakteristika ovih sustava je isprekidanost pritjecanja tvari ili energije objektu reguliranja, a to je razlog zbog čega regulirana veličina na izlazu objekta neprekidno oscilira. Takvi regulatori odlikuju se jednostavnom konstrukcijom velikom pouzdanošću i malom cijenom. Pomoću ovih regulatora rješavaju se zadaci u kojima je dopušteno osciliranje regulirane veličine. Ta regulacija je pogodna za spore procese kao što su: rashladne komore, pomoćni kotlovi itd...  Na slici 8.16. prikazana je shema relejne regulacije tlaka pare pomoćnog kotla (2) koja se ostvaruju uključivanjem i isključivanjem elektromotornog pogona (1) za dobavu goriva u ložište kotla (2). Međusobn Međusobnoo djelovanj djelovanjee osnovnih osnovnih elemenat elemenataa regulaci regulaciji ji prikazano prikazano je na strukturno strukturnojj shemi shemi (sl.8.16.)

Sl. 8.16. Shema relejne regulacije tlaka pare kod pomoćnih kotlova Mjerni element tlaka pare je elastični mjeh releja tlaka (3). Podizanje podizača dovodi do uspostavljanja ili prekidanja kontakta, čime se pomoću programatora (4) upravlja radom uređaja za dobavu goriva i zraka u ložište kotla. Promjena regulirane regulirane veličine predočena predočena je na slici 8.17.

Sl. 8.17 Dijagram regulacije rada kotla s relejem U trenutku trenutku t = 7,5 minuta tlak pare ima najmanju najmanju vrjednost vrjednost pri kojoj relej (3) ( na sl.8.16.) sl.8.16.)  preko kontakta (4) (4) uključuje uređaj za za dobavu goriva (1) . Od tog trenutka povećava se tlak pare i u trenutku t = 16 min. postiže se vrijednost pri kojoj se isključuje uređaj za dobavu goriva u ložište . Brzina smanjenja tlaka pare u periodu od kad se rasprskač goriva isključuje, upravo je propocionalna potrošnji pare (vanjski poremećaj) i obrnuto proporcionalna akumuliranoj toplini. Brzina povećanje tlaka za vrijeme rada rasprskača određuje se akumuliranjem topline koja se dovodi kotlu i toplini koja se iz njega odvodi parom.  Na isti način regulira se se temperatura vode vode u bojleru koji kao regulator koristi termostat. Kod relejne regulacije regulirana veličina neprestano oscilira između nekih krajnjih vrjednosti što je osnovni nedostatak ove regulacije. Razmak između oscilacija može se skratiti skraćivanjem vremena između uključivanja i isključivanja regulacijskog djelovanja. Pri tome se povećava učestalost uključivanja i isključivanja, što se negativno odražava na  pouzdanost rada rada reguliranog objekta. objekta. To je i objašnjenje zašto se relejna regulacija koristi u regulaciji procesa pri kojima je dopušteno osciliranje regulirane veličine sa znatnim amplitudama. U sustavim sustavimaa relejne relejne regulacij regulacijee tlaka kao automats automatski ki regulator regulator često se koristi koristi uređaj uređaj koji se zove presostat. Najčešće korišten presostat je onaj tvtke „Danfoss“ koji se često susreće na  brodovima. Prikazan je na slici 8.18. Kontakti presostata uključuju se u električni krug zatvaranjem ili otvaranjem ovisno o tome kakva se operacija događa pri snižavanju tlaka. Pri spajanju presostata potrebno je zaštititi njegov mjerni element od djelovanja visoke temperature

Sl. 8.18 Presostat „Danfoss“

MJERENJA, MJERNA OSJETILA I PRETVARAČI U tehnici je potrebno mjeriti sve fizikalne i kemijske veličine. Da bi se fizikalne i kemijske veličine mogle regulirati potrebno ih je mjeriti. Najvažnije je područje mjerenja električnih veličina.  Neelektrične veličine najčešće mjerimo tako da se mjerenje svede na mjerenje električnih veličina. Mjerenje Mjerenje je nužno nužno zbog pokaziva pokazivanja nja (signaliz (signalizacije acije,, indikacij indikacije), e), zapisiva zapisivanja nja (registrac (registracije), ije), zaštite i upravljanja. U slučaju pokazivanja ili zapisivanja primjenjuje se otvoreni sustav, a u slučaju upravljanja, izmjerena veličina se koristi u zatvorenom sustavu. Primjeri neelektričnih veličina koja se mjere: 1. U području upravljanja elektromotornim pogonima te veličine su:

a) kutni i linearni pomak,  b) kutna i linearna brzina, brzina, c) kutno i linearno ubrzanje (akceleracija), d) zakretni moment, e) mehanička snaga (računa se P = M ω), f) temperatura namotaja, g) protok fluida u rashladnom sustavu, h) tlak ulja za podmazivanje ležajeva, i) električne veličine napon, struja .... 2. U području gibajućih objekata te veličine su: Osim svih navedenih veličina još i: a) visina,  b) dubina, c) udaljnost od drugog objekta, d) položaj u prostoru, e) sile, f) masa 3. U kemijskoj tehnologiji, strojarstvu i nuklearnoj tehnici te hnici

sve prije navedene veličine te još: volumen, razina tekućine, vlaga, pH vrijednost, gustoća, viskoz viskoznos nost,t, kemijs kemijski ki sasta sastavv tvari, tvari, vibrac vibracije ije,, jakost jakost zvuka zvuka,, količ količina ina toplin topline, e, toplin toplinska ska vodljivost, koeficijent trenja, jakost zračenja, jakost svjetla...

Bilo koja neelektri neelektrična čna veličina se mjeri i pretvara pretvara u električn električnuu veličinu veličinu zbog niza prednost prednostii koje pruža rad s elektičnim veličinama. To su: 1) suvremeni suvremeni informac informacijski ijski uređaj uređaj je elektronič elektronički, ki, a u njih dolaze dolaze podaci podaci u električno električnom m obliku. 2) veli velika ka točn točnos ostt rada rada,, 3) veli velika ka osje osjetl tljiv jivos ost,t, 4) lakše lakše se se izvod izvodii daljins daljinski ki prijen prijenos os podataka podataka,, 5) jednos jednostav tavno no je pamć pamćenj enjee podat podataka aka,, 6) jednosta jednostavno vno očitava očitavanje nje podatak podatakaa (indikacija (indikacija,, signalizac signalizacija), ija), 7) jednosta jednostavno vno instalira instaliranje nje i održava održavanje nje uređaja uređaja (eksplo (eksploatac atacija), ija), 8) jednosta jednostavno vno zapisiva zapisivanje nje podataka podataka (registrac (registracije), ije), 9) velika velika mogućn mogućnost ost nadzo nadzora ra isprav ispravnosti nosti podataka podataka,, 10) pojava integriranih integriranih mjernih uređaja uređaja s mikroprocesorima mikroprocesorima Suvremeni informacijski uređaji su digitalni pa se često analogni električni signali moraju  pretvoriti u digitalne signale pomoću analogno-digitalnih (AD) pretvarača. Neki mjerni uređaji odmah daju digitalne signale pa im ne treba AD pretvorba. Mjerni signal je redovito slab pa se mora pojačati u pojačalu te filtrirati zbog uklanjanja smetnji. Blokovska shema mjerenja prikazana je na sljedećoj slici.

Tehnički  proces

 Neelektrična veličina Mjerno osjetilo

Mjerni  pretvarač

Električna veličina

Električni informacijski uređaj

 Ne mora svaki put biti prisutan svaki blok. Mjerno osjetilo i pretvarač se ne mogu materijalno materijalno uvijek razdvojiti. U primjeni su različiti stručni nazivi. Tako se mjerno osjetilo još zove osjetnik, senzor, detektor ili mjerni član, a mjerni pretvarač se još zove mjerni pretvornik. Ponekad se u praksi koristi višestruka pretvorba, npr. razina tekućine se pretvara u pomak,  pomak u analogni električni signal, pa onda analogni u digitalni. Najbolje je ako mjerni  pretvarač odmah daje digitalni električni signal. signal. Danas postoji veliki broj kemijskih i fizikalnih veličina, a za svaku je razvijen veći broj mjernih metoda. Za svaku metodu metodu na tržištu postoje postoje različiti instrumenti. instrumenti. Zbog razvoja tehnologije dolazi do do zastarjevanja uređaja već nakon 10 – 15 godina. U automatici danas postoji više tisuća različitih mjernih uređaja. Zbog velikog broja uređaja raznih proizvođača danas dolazi do standardizacije mjernih uređaja. Standardiziranjem se nastoji standardizirati mjerne signale, mjerne sklopove, konektore i vodove.

Uređaji trebaju biti međusobno sukladni ili kompatibilni. Postoje međunarodni i državni standardi, ali postoje i standardi velikih proizvođača koji ih nameću tržištu. Standardizacija  jako pojeftinjuje i olakšava olakšava rad. Analogni električni signali imaju sljedeće standardne iznose: a) STRUJNI STRUJNI →0-1mA; →0-1mA; 0-5 mA; mA; 0-20 0-20 mA; mA; 4-20 4-20 mA; 0-50 mA;  b) NAPONSKI → 0-1 mV; 0-15 mV; 0-100 mV; 0-3 V Pneumatsk Pneumatskii analogni analogni mjerni signali signali imaju sljedeće sljedeće standardne standardne iznose: iznose: 0,2-1 bar ili 20-100 20-100 kPa. PODJELA MJERNIH PRETVARAČA

Mjerni pretvarači se dijele na pasivne i aktivne. Aktivni pretvaraju neku neelektričnu energiju u električnu. Oni ne traže pomoćni izvor  energije. Pasivni pretvarači moraju imati pomoćni izvor energije. Kod njih se mijenja neka električna veličina (npr. otpor ili kapacitet) pod utjecajem mjerene neelektrične veličine. Pasivni mjerni pretvarači dijele se na otporne, induktivne i kapacitivne. Otporni pretvarači dijele se na: a) krute krute (žiča (žičane ne i poluv poluvodi odičk čke), e),  b) tekuće (ovisni o temperaturi, dimenzijama, dimenzijama, kemijskom sastavu), sastavu), c) plinovite plinovite (ovisni (ovisni o geometriji geometriji posude posude,, tlaku, temper temperaturi, aturi, svjetlo svjetlosti) sti) Induktivni pretvarači dijele se na: a) ovisne ovisne o položa položaju ju jezgre jezgre,,  b) ovisne o promjeni promjeni permabiliteta (B = μo ∙ μr ∙ H) Kapacitivni pretvarači dijele se na: a) ovis ovisne ne o pov površ ršin inii ploč ploča, a,  b) ovisne o razmaku razmaku ploča, c) ovisne ovisne o promj promjeni eni dielek dielektri trika, ka, d) cilind cilindrič rični ni kapacit kapacitivn ivnii pretva pretvarač račii

Aktivni mjerni pretvarači dijele se:

1) Pretvarači mehaničke energije u elektičnu Kod tih pretva pretvarač račaa uglavn uglavnom om se korist koristii genera generator torsko sko načelo načelo (induk (indukcij cijski ski pretva pretvarač rači) i) ili  piezoelektrično načelo načelo (pojava, efekt) efekt) 2) Pretvarači toplinske energije u električnu Kod njih se primjenjuje termoelektrična pojava (termoparovi) 3) Pretvarači svjetlosne energije u električnu Kod njih se primjenjuje fotoelektrična pojava (fotonaponski članci) 4) Pretvarači kemijske energije u električnu Elektrolit sa elektrodama od različitih materijala služi kao naponski izvor. Napon je izlazna veličina, a pH vrjiednost ulazna veličina.

MJERENJE POMAKA Kutni pomak i linearni pomak mogu se mjeriti na mnogo načina pomoću induktivnih, otporn otporničk ičkih ih i kapaci kapacitiv tivnih nih mjerni mjernihh pretva pretvarač račaa na analog analogni ni način. način. Razvij Razvijeni eni su i mjerni mjerni  pretvarači pomaka pomaka koji rade na digitalni digitalni način i to optički i induktivni induktivni (magnetski). Sve više se primjenjuju pretvarači sa digitalnim mjernim signalom. Oni služe i za mjerenje  brzine vrtnje, a ne samo za mjerenje kutnog pomaka. pomaka.  Navest ćemo 2 primjera primjera otporničke metode metode s promjenjivim otpornikom. To je žičani namotani namotani otpornik sa klizačem u reostatskom spoju i u potenciometarskom spoju. REOSTATSKI SPOJ

Sl.2.16 Reostatski spoj mjernog pretvarača kutnog zakreta Reost Reostats atski ki spoj spoj je primje primjerr pasiv pasivnog nog mjerno mjernogg pretva pretvarač račaa jer mora mora imati imati pomoćn pomoćnii izvor  izvor  električne energije. I = k 1/α' Jakost struje je obrnuto proporcionalna kutnom zakretu α'. Klizač reostata je pričvršćen na osovinu. U ovoj izvedbi najveći kut je 180°, ali može biti i neki drugi kut.  Na ampermetru se očitava iznos struje, ali pošto nas zanima kutni pomak onda se taj instrument baždari u stupnjevima.

POTENCIOMETARSKI POTENCIOMETARSKI SPOJ

SL. 2.17 Potenciometarski spoj mjernog pretvarača kutnog zakreta UT = k α' Izlazni napon je proporcionalan kutu zakreta osovine. Za zakret od 180° napon je najveći tj.  jednak izvoru napajanja napajanja U. Skala mjernog instrumenta se baždari u stupnjevima.

MERENJE SILE Sila uzrokuje gibanje tijela. Ako su sile koje djeluju na tijelo u ravnoteži ne može doći do  pomaka tijela, već dolazi do deformacije tijela. Većina mjernih pretvarača sile zasniva svoj rad na načelu ravnoteže sila, pa se mjeri naprezanje tijela. Mjere se različite vrste sila: tlak, vlak, posmak, torzija, savijanje. Razvijene su različite mjerne metode i mnogo izvedbi mjer mjerni nihh uređ uređaj aja. a. U prim primje jeni ni su otpo otporn rna, a, kapa kapaci citi tivn vna, a, indu indukt ktiv ivna na,, piez piezoe oele lekt ktri ričn čna, a, elektrolitička, magnetoelastična i hidraulička metoda. OTPORNA METODA MJERENJA SILE

Ta je metoda prikladna za mjerenje malih tlačnih i vlačnih sila. Mjerni pretvarači su kapsule sa ugljenom prašinom koje mijenjaju iznos električnog otpora pod djelovanjem sile. To su dva promjenjiva otpornika smještena u istosmjerni mjerni most (Wheatstoneov most)  Napon dijagonale u mostu je mjera za silu koja dijeluje na pretvarače. Analogni instrument u dijagonali mosta se baždari u N, a ne u V.

Sl 2.30 Mjerni pretvarač sile sa ugljenom prašinom

Drugi način je mjerenje sile rasteznim osjetilima. Koriste se poluvodičke ili metalne vrpce spojene u mjerne mostove kao promjenjivi otpornici. Otpor im ovisi o sili. Dobiveni napon je  proporcionalan sili. Otpornici Otpornici ovisni o sili zovu zovu se tenzootpornici. Izvode se kao tenzometarske trake. Poluvodičke izvedbe su puno osjetljivije na promjene sile, ali su puno podložnije djelovanju temperature. Debljina trake je oko 0,02 mm, a smije se rastezati samo u granicama elastičnosti.  Na slici 2.31 nalaze nalaze se različite izvedbe izvedbe rasteznih osjetila. osjetila.

Sl. 2.31 Različite uzvedbe rasteznih osjetila

INDUKTIVNA METODA MJERENJA SILE

Prikladna je za mjerenje većih sila. Sastoji se od elektromagneta s pomičnom kotvom. Sila djeluje na kotvu i mjenja širinu zračnog raspora. Magnetski otpor željeza je zanemariv u odnosu na magnetski otpor zraka.

Sl. 2.32 Prikaz magnetske metode mjerenja sile Induktivitet zavojnice L ovisi obrnuto proporcionalno o veličini zračnog procjepa, a isto tako i induktivni otpor XL. L = N2μ0S / δ0

XL = ωL = ωN2μ0S / δ0

Struja kroz zavojnicu je obrnuto proporcionalna induktivnom induktivnom otporu XL, pa prema tome  proporcionalna veličini zračnog procjepa procjepa δ0 tj. sili na kotvu. I = U / XL = U δ 0 / ωN2μ0S Mjerenjem struje posredno se mjeri sila. Greška mjerenja je do ±2 %.

PIEZOELEKTRIČNA PIEZOELEKTRIČNA METODA MJERENJA SILA

Veći broj kristala ima svojstvo piezoelektriciteta. Najpoznatiji takav kristal je kvarc. Prikaz mjerenja sile pomoću piezoelektriciteta prikazan je slici 2.33.

Sl. 2.33 Prikaz mjerenja sile pomoću piezoelektriciteta Ako se na kristal djeluje silom, na njegovim plohama se javlja električni napon. Mjerenjem tog napona zapravo se mjeri sila. Ta je metoda prikladna za mjerenje impulsnih sila (brzih  promjena sile i po iznosu i po smjeru). Uređaj služi za mjerenje velikih sila u toplinskim strojevima, kompresorima, crpkama itd. MAGNETOELASTIČNA MAGNETOELASTIČNA METODA MJERENJA SILE

Magnetoelastični pretvarači se primjenjuju za mjerenje velikih sila. Njhov rad se zasniva na  promjeni permeabilnosti feromagnetika kada na njega djeluje sila. Jezgra je od limova od slitine Fe Ni oko koje je namotan svitak. Mogu mjeriti iznose silando nekoliko desetaka kN. Zbog promjene permeabilnosti μ mijenja se induktivitet zavojnice L, a tako i induktivni otpor  XL i struja kroz zavojnicu I. Sila se mjeri posredno mjerenjem struje, odnosno mjerenjem mjerenjem pada napona na stalnom otporu. Točnost mjerenja je oko 1%.

MJERENJE TLAKA Tlak je sila na jedinicu površine. Vakuum je prazan prostor. Tlak mjeren u odnosu na vakum  je apsolutni tlak, a tlak mjeren u odnosu na standardni atmosferski tlak je relativni tlak. Tako razlikujemo nadtlak i podtlak. Jedinica za tlak je 1Pa = 1N/m 2 . Mjere se tlakovi od 0,1 Pa do 108 Pa. Tlak ispod 133 Pa smatra se vakuumom, a ispod 0,1 Pa smatra se visokim vakuumom. Mjerni pretvarači vakuuma su posebni uređaji koji se zovu vakuummetri. Mjerenje tlaka obično se svodi na mjerenje sile. U praksi ima puno uređaja koji mjere tlak mjerenjem pomaka, sile, i uravnoteženjem tlakova (manometri). Kori Korist stee se memb membra rane ne (dij (dijaf afra ragm gme) e) i mjeh mjehov ovii uz otpo otporn rne, e, indu indukt ktiv ivne ne,, kapa kapaci citi tivn vnee i  piezoelektrične pretvarače.  Na slici 2.34 prikazan prikazan je manometar manometar i diferencijalni manometar manometar (za mjerenje razlike tlakova) tlakova)

Sl.2.34 Manometar i diferencijalni manometar   Na slici 2.35 je načelni načelni prikaz piezoelektričnog piezoelektričnog pretvarača pretvarača za mjerenje tlaka tlaka

Sl.2.35. Načelni prikaz piezoelektričnog pretvarača za mjerenje tlaka

Pod djelovanjem tlaka pomiče se membrana. Pomak membrane djeluje na piezoelektrični kristal pa zbog sile nastaje električni napon. Mjerenjem toga napona posredno se mjeri tlak. Kristal može izdržati velika opterećenja pa se zato na taj način mogu mjeriti i veliki tlakovi. Ako se kristal ugradi u blok motora u obliku svjećice onda se njime mogu mjeriti promjene tlaka za vrijeme četvorotaknog ciklusa. Tako se mjere tlakovi i u hidraulici i pneumatici, u topovskim cjevima i pri eksploziji. Ako pomična poluga umjesto na kristal djeluje na pomične ploče kondezatora onda je to kapacitivna metoda mjerenja tlaka. U induktivnoj metodi pomična poluga pomiče željeznu jezgru, a u otpornoj metodi pomiče se klizač potenicometra. Za mjerenje sile koriste se poluvodići kao siliciji i germanij jer su osjetljivi na naprezanje uzduž jedne osi. Za mjerenje hidrauličkog tlaka u tekućinama primjenjuje se poluvodič osjetljiv na volumno naprezanje .

MJERENJE RAZINE TEKUĆINE Mjerenje razine tekućine ima veliku primjenu u praksi. Obično je važniji podatak o volumenu nego o razini, ali on se lako može izračunati iz poznatih dimenzija spremnika. U vozilima se mjer mjerii koli količi čina na gori goriva va u spre spremi mišt štim ima, a, a isto isto tako tako i u term termoc ocen entr tral alam ama, a, rafin rafiner erij ijam ama, a, vodospremnicima vodospremnicima itd. Razvijen je velik broj načina mjerenja razine tekućine i pretvaranja tog podatka u električni signal. Neke od tih metoda su: • • • • • •

 pomoću mehaničkog mehaničkog plovka otporna, kapacitivna i induktivna metoda radioaktivna metoda, optička metoda ultrazvučna metoda  piezoelektrična metoda (osjetilo tlaka).

Važno je znati je li spremnik otvoren ili zatvoren, je li pod tlakom ili nije, je li tekućina zapaljiva, eksplozivna, korozivna ili električki vodljiva. Najčešće se mjeri razina (odnosno volumen) vode i nafte (uključujući ( uključujući naftne derivate).  Neke metode mjerenja mjerenja razine su zastarjele, zastarjele, a neke se još razvijaju. razvijaju. Cilj je mjeriti bez  pokretnih djelova i bez kontakta uz uz što veču točnost. točnost. KAPACITIVNA METODA MJERENJA RAZINE

Sl. Prikaz kapacitivne metode mjerenja razine tekućine Između dvije elektrode nalaze se dva dielektrika: zrak i tekućina čija se razina mjeri. Dvije elektrode su uronjene u tekućinu tekućinu ali je moguće da jedna elektroda bude bude posuda, a druga elektroda da bude uronjena u tekućinu. C1 =

ε (S /d) 1

1

C2 =

ε

2

(S2/d)

Uronjene elektrode prikazane na crtežu ponašaju se kao dva paralelno spojena kondezatora.  Njihov ukupni kapacitet kapacitet (C) jednak je zbroju zbroju pojedinih kapaciteta. kapaciteta. C = C1 + C2 Mjerenjem kapaciteta posredno se mjeri razina električki nevodljive tekućine. Uz poznatu geometriju posude odredi se volumen tekućine iz podataka o razini. Skala instrumenta se  baždari u jedinicama za volumen ili za razinu, razinu, a ne u Faradima. Faradima. Ako je tekućina električki vodljiva onda se elektrode moraju izolirati. Načelo rada je isto kao i za nevodljive tekućine, ali je različit r azličit proračun.

Mjerenje razine vodljive tekućine kapacitivnom metodom ULTRAZVUČNA METODA MJERENJA RAZINE

To je noviji način mjerenja razine tekućine. Vrlo je prikladan za velika spremišta tekućine.  Nema pokretnih dijelova, dijelova, a mjerni uređaj uređaj je odvojen od tekućine. tekućine.

Ultrazvučni generatori su piezoelektrični. Uređaj je sličan sonaru za mjerenje dubine mora ispod broda. Mjeri se vrijeme slanja i prijema ultrazvučnih valova. Mora biti poznata brzina rasprostiranja valova kroz tekućinu. Na površini tekućine dolazi do refleksije valova. Izrazi za izračun prijeđenog puta ultrazvučnih valova su: l=vt l = l1 + l2 gdje je: v brzina valova kroz tekućinu (različita za svaku tekućinu) l put valova pomoću kojeg se izračuna nepoznata razina h t vrijeme putovanja signala Iz poznatog opsega istokračnog trokuta lako se odredi visina trokuta d. Skala se baždari u metrima ili u m 3 . Elektronički uređaj pokazuje gotov rezultat pa operater ne mora računati. U drugoj izvedbi uređaj je stavljen na krov spremišta i mjeri udaljenost površine tekućine i zraka. Tada valovi idu kroz zrak.

MJERENJE PROTJECANJA FLUIDA Fluid je zajednički naziv za tekućine i plinove. Mjeri se maseni protok u jedinicama kg/h, kg/min, kg/s te volumni protok s jedinicama m 3/h, m3/min, m3/s. ULTRAZVUČNA METODA MJERENJA PROTJECANJA

Koriste se dva para prijemnika i predajnika. Promjer cijevi D i razmak d su poznati.  Nepoznanica  Nepoznanica je brzina fluida v. Brzina Brzina ultrazvučnog vala vala c je poznata. poznata. Dolazi do Dopplerovog Dopplerovog efekta: brzina valova u smjeru gibanja fluida je veća od brzine valova u suprotnom smjeru. Mjeri se vrijeme potrebno za prolazak kroz cijev oba vala, a razlika je razmjerna brzini  protjecanja. Ako se se prenose sinusoidalni sinusoidalni valovi, onda onda je kašnjenje u obliku faznog pomaka. pomaka. Mjerenje vremena je najtočnija vrsta mjerenja, a u suvremenoj elektronici uređaj je malen i  jeftin.

Sl. Ultrazvučni mjerni pretvarač protoka ELEKTROMEHANIČKA ELEKTROMEHANIČKA METODA MJERENJA PROTJECANJA

Sl. Mjerenje protoka s propelerom

U cijevovod se stavi propeler, a na vrhu kraka je smješten magnet. Uz stjenku cijevovoda smještena je zavojnica u kojoj se zbog elektromagnetske elektromagnetske indukcije inducira impuls svaki put kada magnet prođe pokraj nje. Impulse broji elektroničko brojilo. Njihov broj je razmjeran  brzini vrtnje vijka, a ta brzina određuje volumni volumni protok. Česta je izvedba u kojoj je, umjesto propele, stavljena turbina u cijev. Gibanje fluida zakreće lopatice turbine. Na krajevima lopatica su magnetići.

Turbinski plinomjer  Osim elektromahnetskog prijenosa , koristi se i mehanički prijenos. Okomito na osovinu turbine postavljena je osovina koja prenosi vrtnju izvan cijevovoda.. Tako se mjerenje protoka svodi na mjerenje brzine vrtnje. METODA MJERENJA PROTJECANJA POMOĆU SUŽENJA CIJEVOVODA

 Načelni prikaz rada rada i presjek mjerne prigušnice Dok protječe fluid kroz suženje nastaje pad tlaka ovisan o protoku. Mjerenje protjecanja se svodi na mjerenje tlaka. Mjeri se razlika tlakova. Nedostatak je ometanje protjecanja fluida.

MJERENJE TEMPERATURE Toplina je jedan od oblika energije u prirodi. Temperatura je mjera za određivanje toplinskog stanja nekog objekta. Temperaturne skale su Celzijusova, Kelvinova, Fahrenheitova Fahrenheitova itd... MJERNE METODE ZASNOVANE NA RADIJACIJI TOPLINSKE ENERGIJE

 Na temelju spoznaja spoznaja o zračenju razvijeni razvijeni su uređaji za mjerenje visokih temperatura. temperatura. Zovu se pirometri. Spektar elektromagnetskog zračenja ovisi o temperaturi tijela koje zrači. Pirometara ima više izvedbi, optički , radijacijski MJERNE METODE ZASNOVANE NA TERMOELEKTRIČNOJ TERMOELEKTRIČNOJ POJAVI

 Na temelju Seebeckova Seebeckova efekta napravljen napravljen je termopar termopar (termočlanak, termoelement). termoelement). To je uređaj koji neposredno pretvara toplinsku energiju u električnu. Za pojavu termonapona : koriste se dva različita materijala  jedan kraj vodova vodova mora biti čvrsto spojen spojen (mjerno spojište), spojište), a na drugom kraju se mjeri napon reda veličine mV.  Najjeftiniji je termopar željezo željezo – konstantan koji koji se koristi u području području od -150 0C do +10000C. Ostali termoparovi su Pt10Rh-Pt ( slitina 90% platine i 10% rodija), bakar – konstantan, volfram – tantal za temperature do 2600 0C.

Sl. Temperaturna mjerna sonda MJERNE METODE ZASNOVANE ZASNOVANE NA PROMJENI PROMJENI ELEKTRIČNOG OTPORA OTPORA

Otpornički pretvarači imaju mjerno osjetilo koje mijenja iznos električnog otpora s  promjenom temperature. temperature. Mogu biti metalni i poluvodički. poluvodički. Materijali za metalne žičane otpornike su bakar, volfram, nikal i platina. Imaju mjerni opseg od -2650C do 1100 0C. Poluvodičke izvedbe su nelinearni otpornici. Mogu biti termistori (NTC – negativni temperaturni koeficijent otpora) i pozistori (PTC – pozitivni). MJERNE METODE ZASNOVANE NA PROMJENI DIMENZIJA

Volumen, odnosno duljina za žice i štapove, ovisi o promjeni temperature. Podaci o promjeni dimenzija s promjenom temperature su u tablicama. Promjena se zove još dilatacija.. Čest slučaj je bimetalni mjerni član ili termo bimetal.. Sastoji se od dviju vrpci od različitih materijala s različitim koeficijentom toplinskog istezanja. Čvrsto su spojeni. Jedan kraj im je

učvršćen, a drugi se slobodno pomiče. Pomak ovisi o temperaturi. Mjerni opseg od -185 do 4000C. Prikladni su za jednostavniju regulaciju temperature.

Sl. Prikaz rada bimetalnog regulatora za plinske plamenike