BAFF: Perus- ja sovellustietoja Julkaisutunnus: Mittaus- ja säätötekniikka Pvm: Automaation peruskäsitteitä Sivu: 1

Transkriptio

1 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 1 Tämä asiakirja sisälää joukon auomaaion perusermejä ja käsieiä kaaviokuvauksineen. Aineiso perusuu voimassa olevaan sandardiin SFS-IEC Vaikka sanaso ja siiä oeu oee käsiävä eollisuusauomaaion sovelluksia, voidaan niiä käyää myös rakennusauomaaiosovelluksissa. Asiakirjan arkoiuksena on yhenäisää siä ermikirjavuua, joka vallisee rakennusauomaaioa koskevissa suunnielmissa ja määrielyissä. Sisälö Kuva 1 Toiminnallinen lohkokaavio yksikeraisesa ohjausjärjeselmäsä yypillisine osineen... 2 Kuva 2 Tilamuuuja... 3 Kuva 3 Tyypillinen järjeselmän aikavase askelfunkioon... 4 Kuva 4 Impulssifunkiojono (4a) ja porrasfunkio (4d)... 5 Kuva 5 Ekvivalenin aikavakion ja ekvivalenin viipeen määriäminen... 6 Kuva 6 Taajuusvasekäyrä; Boden diagrammi... 7 Kuva 7 Taajuusvaseura; napakoordinaaisodiagrammi; Nyquisin diagrammi... 8 Kuva 8 Inegroiniajan määriys askelvaseesa... 9 Kuva 9 Derivoiniajan määriys pengervaseesa... 1 Kuva 1 Ensimmäisen aseen viiväsyksen sisälävän PD-elemenin askelvase Kuva 11 Hysereesialueen kuvaaja Kuva 12 Välyksen oiminapiirrokse Kuva 13 Perusilan palauuspiiri avoimessa vaikuuskejussa Kuva 14 Kaskadisäädön kaavio Kuva 15 Tilasääö Kuva 16 Prosessinohjausjärjeselmän ja käyöhenkilön oiminoja... 17

2 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 2 v D c w e m + y + _ + f E B: conrolled sysem C: conrolling sysem F A : conrol sysem IEC 1 112/98 Kuva 1 Toiminnallinen lohkokaavio yksikeraisesa ohjausjärjeselmäsä yypillisine osineen A ohjausjärjeselmä conrol sysem B ohjaava järjeselmä conrolled sysem C ohjaava järjeselmä conrolling sysem D verailuelemeni comparing elemen E säädin conroller F miausanuri measuring ransducer c ohjesuure command variable w verailusuure reference variable f akaisinkykenäsuure feedback variable e erosuure error variable m oimisuure manipulaed variable y ohjaava suure conrolled variable v häiriösuure disurbance variable

3 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 3 D x u B x x? C y? IEC 1 121/98 Kuva 2 Tilamuuuja A järjeselmämariisi sysem marix B ulomariisi inpu marix C lähömariisi oupu marix D ohiusmariisi direc inpu-oupu marix u ulovekori inpu vecor x ilavekori sae vecor xo alkuilavekori iniial sae vecor y lähövekori oupu vecor Tilayhälö: x( )? A x( )? B u( ) Lähöyhälö: y( )? C x( )? D u( )

4 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 4 y 2? P s? y max. y? P r,1 P sr P r,s y T r T sr Ts IEC 1 122/98 Kuva 3 Tyypillinen järjeselmän aikavase askelfunkioon y o, y? lähösuureen jakuvan ilan arvo ennen askelfunkion uloa ja sen jälkeen seady-sae values of he oupu variable before and afer applicaion of he sep? y max suurin poikkeama muuosilassa jakuvan ilan arvosa (yliys) maximum ransien deviaion from he seady-sae value (overshoo) Pr,s, Pr,l Psr pieni ja suuri määriely alue proseneina jakuvan ilan arvosa nousuajan määriysä varen määriely alue proseneina jakuvan ilan arvosa askelvaseaikaa varen small and large specified percenage of seady-sae value for rise ime specified percenage of seady-sae value for sep response ime 2? P s määriely oleranssi +? P s jakuvan ilan arvon suheen aseumisajan määriysä varen specified olerances +? P s from seady-sae value for seling ime Tr nousuaika rise ime Tsr askelvaseaika sep reponse ime Ts aseumisaika seling ime

5 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 5? T () Figure 4a??????? 4a T 2T 3T 4T 5T 6T IEC 1 123/98 f() Figure 4b??????? 4b IEC 1 124/98 f * () Figure 4c??????? 4c T 2T 3T 4T 5T 6T IEC 1 125/98 _ f() Figure 4d??????? 4d IEC 1 126/98 Kuva 4 Impulssifunkiojono (4a) ja porrasfunkio (4d) (4a)? T ( ) Diracin delafunkioiden jono series of Dirac funcions as carrier (4b) f() jakuva ajan funkio ulosuureena coninuous ime funcion as inpu (4c) f*() impulssifunkiojono pulse funcion sequence (4d) f ( ) Porrasfunkio pioelemenin lähönä sep-wise funcion as oupu of a holding elemen

6 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 6 y y? P y T e T b IEC 1 127/98 Kuva 5 Ekvivalenin aikavakion ja ekvivalenin viipeen määriäminen y o, y? jakuvan ilan arvo ennen seady-sae values before and afer askelfunkion uloa ja sen jälkeen applicaion of he sep Te ekvivaleni viive equivalen dead ime Tb ekvivaleni aikavakio equivalen ime consan; balancing ime P käännepise inflecion poin

7 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 7 db? 2 Gain logarihmique Logarihmic gain G,1? c 1??? 1 Pulsaion / Angular frequency G m Déphasage Phase angle -2?? 2? -4? m?? IEC 1 128/98 Kuva 6 Taajuusvasekäyrä; Boden diagrammi G aajuusvase frequency response G vahvisusvase; ampliudivase gain response ; ampliude response? vaihevase phase response? c yksikkövahvisuksen kulmaaajuus; vahvisuksen db-kulmaaajuus gain crossover frequency? m? vaihevara phase margin??? kriiinen kulmaaajuus phase crossover frequency Gm? vahvisusvara gain margin

8 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 8 Im(G ) j 1 G m -1?? 1? m? (j? c ) Re(G )? c? G -j IEC 1 129/98 Kuva 7 Taajuusvaseura; napakoordinaaisodiagrammi; Nyquisin diagrammi G aajuusvase frequency response? c yksikkövahvisuksen kulmaaajuus gain crossover frequency? m? vaihevara phase margin??? kriiinen kulmaaajuus phase crossover frequency Gm? vahvisusvara gain margin

9 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 9 y() K P u K P u T i T i u() u IEC 1 13/98 Kuva 8 Inegroiniajan määriys askelvaseesa uo ulosuureen askelmuuoksen korkeus heigh of he sep of he inpu variaion Ti inegroiniaika rese ime KP verrannollisuuskerroin proporional acion coefficien

10 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 1 y() K P T d c K P T d c T d T d u() c c 1 IEC 1 131/98 Kuva 9 Derivoiniajan määriys pengervaseesa u() ulosuure penkereenomaisesi nousevan ajan funkiona, jonka kalevuus on c Td derivoiniaika rae ime ime funcion wih ramp-wise variaion of he inpu variable wih a slope c KP verrannollisuuskerroin proporional acion coefficien

11 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 11 y() K P a u K P u T d a u() u IEC 1 132/98 Kuva 1 Ensimmäisen aseen viiväsyksen sisälävän PD-elemenin askelvase u ulosuureen askelmuuoksen korkeus heigh of he sep of he inpu variaion Td derivoiniaika rae ime KP verrannollisuuskerroin proporional acion coefficien a derivoinnin maksimivahvisus derivaive acion gain

12 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 12 y a b u IEC 1 133/98 Kuva 11 Hysereesialueen kuvaaja a alempi kynnysarvo lower swiching value b ylempi kynnysarvo upper swiching value b-a hysereesialue differenial gap

13 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 13 y y a b c d u c d u b IEC 1 134/98 IEC 1 135/98 a Kuva 12a Kolmiasenoiselle elemenille ilman hysereesialuea Kuva 12b Kolmiasenoiselle hysereesialueelliselle elemenille Kuva 12 Välyksen oiminapiirrokse a alempi kynnysarvo lower swiching value b ylempi kynnysarvo upper swiching value a b välys neural zone

14 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 14 sc B C D E w _ A + 1 rc S R m y IEC 1 138/98 Kuva 13 Perusilan palauuspiiri avoimessa vaikuuskejussa A verailuelemeni comparing elemen B kaksiasenoinen elemeni wo sep elemen C binäärikiikku binary flipflop D oimielin final conrolling elemen E ohjaava järjeselmä conrolled sysem w verailusuure reference variable m oimisuure manipulaed variable y ohjaava suure conrolled variable sc ila aseeu se condiion rc ila palaueu rese condiion analogiasuuree analogue variables... binäärisuuree binary variables

15 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 15 SC w 2 e 2 w 1 e 1 m y 1 y 2 C 2 C 1 S 1 S 2 Kuva 14 Kaskadisäädön kaavio IEC 1 139/98 C1 apusäädin subsidiary conroller, follow up conroller C2 pääsäädin main conroller S1, S2 ohjaavan järjeselmän osia pars of he conrolled sysem SC apusääö subsidiary conrol, secondary conrol w1 apusäädön verailusuure reference variable of he subsidiary conroller w2 pääsäädön verailusuure reference variable of he main conroller e1 apusääimen erosuure error variable of he subsidiary conroller e2 pääsääimen erosuure error variable of he main conroller m oimisuure manipulaed variable y1 y2 ohjaavan järjeselmän S1 ohjaava suure ohjaavan järjeselmän S2 ohjaava suure conrolled variable of he conrolled sysem S1 conrolled variable of he conrolled sysem S2

16 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 16 v B v x w e m x x B c B m? _ C y A IEC 1 14/98 Kuva 15 Tilasääö A järjeselmämariisi sysem marix Bc sääömariisi conrol marix Bm oimimariisi manipulaing marix Bv häiriön ulomariisi disurbance inpu marix C lähömariisi oupu marix e erovekori error vecor m oimivekori manipulaed vecor v häiriövekori disurbance vecor w verailuvekori reference vecor x ilavekori sae vecor x alkuilavekori iniial sae vecor y lähövekori oupu vecor

17 Auomaaion peruskäsieiä Sivu: 17 L A E F I H G D K B C IEC 1 141/98 Kuva 16 Prosessinohjausjärjeselmän ja käyöhenkilön oiminoja A käyöhenkilö human operaor B prosessinohjausjärjeselmä process conrol sysem C prosessi process D ympärisösä uleva häiriö disurbance from he environmen E valvona, arvioini, opimoini monioring, evaluaing, opimizing F henkilön asiaan puuuminen human inervenion G miaaminen, laskeminen measuring, couning H määriäminen, valvominen, ohjaus, sääö, opimoiminen, suojaaminen evaluaing, monioring, open loop conrol, closed loop conrol, opimizing, safeguarding I näyäminen, merkinano, allenaminen indicaing, signalizing, recording K ohjaaminen, kykeminen manipulaing, swiching L ohjee Insrucions