KURZUS: Irányítástechnika
MODUL: Az alapfogalmak áttekintő összefoglalása
1.2. lecke: Illusztratív példák
Cél: A 2. lecke célja, hogy illusztratív példákon keresztül a hallgató megismerje a zárt szabályozási kör felépítését. | ||
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes | ||
| ||
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége. | ||
Kulcsfogalmak: | ||
| ||
Jegyzetfüzetébe rajzolja fel az egyes példákat reprezentáló irányítási rendszerek blokkvázlatát! | ||
A következőkben az 1. lecke 2. ábráján szereplő zárt szabályozási kör elemeit azonosítjuk néhány egyszerű, a hétköznapi életben fellelhető példán keresztül. | ||
Menetirány tartása | ||
Autóval közlekedve a menetirány szabályozását mi magunk végezzük kézi szabályozással. A szabályozott jellemző tehát a menetirány, az alapjel pedig a tervezett irány. A menetirány aktuális, pillanatnyi állapotát mi magunk érzékeljük, s a kormányt ennek megfelelően mozgatjuk. A folyamatba való beavatkozást a kormánykeréken keresztül biztosítjuk. | ||
Nagyon sok szabályozást ma is kézzel végzünk (zuhanyozás alkalmával a megfelelő hőfok beállítása, a szoba hőmérsékletének beállítása stb.), de sok esetben az emberi reakcióidő túl hosszú, az emberi szervezet nem elég megbízható, a szabályozást gépekre bízzuk. | ||
Zsilip | ||
Folyókon, csatornákon, de akár egy egyszerű öntözőrendszeren is zsilipek segítségével lehet a vízszint magasságát szabályozni. | ||
A folyamat tehát a víz szintjének alakulása. Az alapjel a víz szintjének kívánt magassága, a vízszint aktuális magasságát (a szabályozott jellemzőt) pedig mérni lehet. Ha a vízszint túl magas, akkor a zsilipet ki kell nyitni, ha a vízszint túl alacsony, akkor a zsilipet le kell zárni. Ezt végzi a szabályozó mechanizmus, a beavatkozás tehát zárást és nyitást jelent. | ||
Hasonló elven működik a tartályokban lévő folyadék szintjének beállítása. | ||
Tartály nyomásszabályozása | ||
Egy gáztartályban a nyomást állandó értéken kell tartani, s mindezt önműködő szabályozással kell megoldani. | ||
Az alapjel a nyomás értéke, amin a tartályban lévő gáz nyomását tartani kell. Ennek alapján állítják be a fúvóka szelepében található rugó előfeszítését, ami így gyakorlatilag a gáz nyomását méri. A fúvóka kinyit, ha a csőben lévő gáz nyomása meghaladja az alapjel által megszabott szintet, ellenkező esetben lezár. | ||
Autóval emelkedőn | ||
A gépkocsiba beépített TEMPOMAT-rendszer célja, hogy az autó sebességét egy kívánt szinten tartsa. | ||
A szabályozandó folyamat tehát az autó sebességének szinten tartása, az alapjel a beállított sebesség, a szabályozott jellemző pedig az autó aktuális sebessége. A szabályozó rendszer az autó célul tűzött, valamint tényleges sebességének eltérésétől függően változtatja a motor nyomatékát, így a sebesség mindig a kívánt értékű lesz. | ||
A berendezés alapvetően villamos rendszerű. A célul tűzött sebességgel arányos villamos alapjelet az alapjelképző állítja elő. A sebességmérő szenzor kimenőjele szintén villamos feszültség, így az alapjel és ellenőrzőjel különbsége, vagyis a hibajel villamos úton könnyen képezhető. A beavatkozójel teljesítményerősítés után egy villamos motort működtet, mely beállítja gázpedál szögét. | ||
Logisztikai feladatok | ||
A logisztika anyagok, energiák, információk rendszereken belüli és rendszerek közötti áramlásának létrehozásával, irányításával és lebonyolításával kapcsolatos tevékenységek összessége. | ||
A fogyasztók, azaz a piac felveszi a megtermelt javakat. Bizonyos termékekből néha nagyobb mennyiségre, néha kevesebb mennyiségre van szükség. A piac tehát maga a szabályozott szakasz. Az alapjel reprezentálja, hogy mennyi árura volna szükség, ez a piaci igény. A szabályozott jellemző a termék aktuális mennyisége a piacon. Az igényeket felmérik, az információt visszacsatolják a terméket előállító gyárhoz, ami a megfelelő döntési mechanizmus lefolytatása után több, vagy épp kevesebb terméket bocsájt ki, esetleg a raktárhoz nyúl, vagy elraktároz. | ||
Villanyvasaló hőfokszabályozása | ||
A villanyvasalóban olyan hőfokszabályozó berendezés van, amely például ki- bekapcsolja a fűtőtekercs áramát, miáltal a vasalólap melegszik, vagy hűl. | ||
A kívánt hőmérsékletet, azaz az alapjelet egy forgatógombbal lehet beállítani. A vasalólap hőmérsékletét (a szabályozott jellemzőt) egy ún. ikerfém méri: ha a hőmérséklet meghaladja a kívánt értéket, az ikerfém a hőtágulás következtében kihajlik, s így megszakad az az áramkör, amely a vasalólapot hevíti. Ha a hőmérséklet lecsökken, akkor az ikerfémes kapcsoló ismét bekapcsol, a vasalólap melegszik. Az ikerfém tehát a szabályozást is megvalósítja. | ||
Ezt kétállású szabályozásnak is nevezik, a ki- bekapcsolás miatt a hőmérséklet ingadozik a kívánt érték körül. | ||
Kemence hőfokszabályozása | ||
Ipari csarnokokban, a gyártósorokról lejövő eszközök ellenőrzése céljából sok helyen alkalmaznak kemencét, hőkamrát a hőmérsékleti hatások tesztelésére. A szabályozási feladat ebben az esetben a kemence hőmérsékletének állandó értéken tartása. | ||
Ebben a rendszerben az irányítandó folyamat a kemence terében a hőmérséklet valamely szinten tartása, a szabályozott jellemző tehát a hőmérséklet. A hőmérsékletet hőelemmel mérjük. A hőelem olyan érzékelő, amely a hőmérséklettel arányos jelet állít elő, s ezt a jelet hasonlítjuk össze a kívánt hőmérséklettel arányos villamos jellel. A két érték különbsége vezérel egy beavatkozó elektronikát, ami a fűtőtekercs fűtőteljesítményét növeli, vagy épp csökkenti, ahogy szükséges. | ||
A szabályozás nehézsége abban áll, hogy a fűtőtekercs teljesítményének módosítása nem azonnal érzékelteti hatását, bizonyos késleltetés áll elő. | ||
Kemencéknél sok esetben valamilyen menetrend szerinti szabályozást kell véghezvinni, amikor a hőmérsékletprofil időfüggvényét kell tartani. | ||
Generátor fordulatszámának szabályozása | ||
Közismert, hogy a villamos hálózat frekvenciája 50Hz. Az 50Hz-es hálózati feszültséget hatalmas forgógépek (generátorok) állítják elő erőművekben. A generátor által előállított teljesítmény a mindenkori felhasznált teljesítményhez kell igazodjon, különben a generátort hajtó turbina fordulatszáma megváltozik. A fordulatszám tehát a szabályozott jellemző, amit adott értéken kell tartani. A felhasznált teljesítmény figyelése alapján lehet a turbinára hatni, miáltal a fordulatszámot szabályozzák. | ||
Rúdegyensúlyozás | ||
A cirkuszi mutatvány, a rúdegyensúlyozás jól ismert (fordított ingának is nevezik). Ebben az esetben a cél, hogy a rúd függőleges maradjon, azaz dőlésszöge a függőlegeshez képest ne változzon. Az alapjel ezek szerint a nulla fok. A rúd dőlésszöge a szabályozott jellemző, a hibajel a kettő különbsége. Ha a rúd elkezd dőlni, akkor kézzel óvatosan, vagy gyors mozdulattal utána kell menni, vagyis szabályozni kell. | ||
Lebegtetés | ||
A mágneses gyorsvasút alapgondolata, hogy mágneses erőket felhasználva megemelik a vonatot, miáltal az lebegve siklik a pályán. Így elég nagy sebességet is el lehet érni, mivel a súrlódás nagyon kicsi. | ||
A mágneses elvű lebegtetésnél az alapjel egy magasságérték, amelyen lebegtetni akarjuk a rendszert, a magasság aktuális értékét visszacsatolva hibajelet lehet előállítani. Ez a hibajel egy elektronikát vezérel, amely az elektromágnes áramát módosítja úgy, hogy az előírt magasságot meg tudjuk tartani. | ||
Összefoglaló | ||
A szabályozás, vagyis egy folyamatba való beavatkozás a szabályozott jellemző mérése alapján történik. A szabályozott jellemzők mérésére a legkülönfélébb mérőberendezések léteznek, amiket szenzoroknak is nevezünk. | ||
A szabályozás során tehát megadjuk az alapjelet, vagyis a szabályozott jellemző azon értékét, amin azt tartani szeretnénk. Folyamatosan mérjük a szabályozott jellemző pillanatnyi értékét, amit összehasonlítunk az alapjellel. A két érték különbsége alapján úgy változtatjuk a beavatkozó jelet, hogy a különbség csökkenjen, ha lehet, megszűnjön. | ||
A szabályozási kör tehát egy nagyon összetett rendszer. Érzékelőket, beavatkozó aktuátorokat, különféle berendezéseket tartalmaz, amelyeknek összehangoltan kell működni. | ||
Felmerül a kérdés: minek szabályozni valamilyen folyamatot? A fenti példákból érezhető, hogy ha a folyamatokba nem avatkozunk be, akkor valamely jellemző értéke előbb-utóbb nemkívánatos mértékben változna meg. Ennek oka például a zavaró hatások megjelenése, amelyek előre nem ismertek, a szabályozástól függetlenek, s gyakorlatilag mindig fennállnak. Mivel a zavaró hatás fellép, a szabályozott jellemző módosul, miáltal a szabályozó működésbe lép, s így a zavar hatása is megszűnik. A szabályozás tehát képes a zavaró hatások következményeit csökkenteni. | ||
A fenti példákból kitűnik, hogy a szabályozott jellemző jellege rendkívül változatos. Ilyen jellemző például tartályok vízállása, fordulatszám, sebesség, irány, teljesítmény, frekvencia, hőmérséklet, súly stb. Ebből a rövid listából is lehet érezni, hogy az érzékelők palettája, szerkezeti sokfélesége igen széles, sőt a legtöbb jellemzőt többféle módon is lehet mérni. | ||
A beavatkozó szervet a szabályozó működteti. A beavatkozó szerv jellege, formája igen szerteágazó. Ha például anyagáramot (folyadékot) kell szabályozni, akkor a beavatkozó szerv valamilyen csap, vagy szelep stb. | ||
A lecke végén megállapíthatjuk, hogy a szabályozás tulajdonságaira a szabályozási kör egyes részeinek, illetve egyes jellemzőinek időbeli viselkedése hatással van. Általában a szabályozási köröket nem lehet a viselkedés alapján vizsgálni, vagy épp tervezni. Szükséges tehát, hogy a szabályozási kört és annak részegységeit valamilyen egzakt matematikai módszer segítségével vizsgáljuk. A következőkben ezzel foglalkozunk. |
Önellenőrző kérdés | ||
Fogalmazza meg a fenti példákat saját szavaival! | ||
Foglalja össze saját szavaival a szabályozás lényegét! | ||
Foglalja össze a szabályozásban résztvevő tagokat, adja meg a szakszavakat! |