MEKATRONIK 1 Reglerteknik

Transkript

1 MEKATRONIK 1 Reglerteknik 2 Reglersystemets Komponenter 3 Reglerprocesser 4 Mätteknik 5 Reglertekniska symboler

2 SYSTEM

3 Reglerteknik finns överallt (nästan) Flygplan som körs med autopilot använder sig av reglerteknik. Den håller rätt kurs med hjälp av flygfyrar. Det som regleras är roderinställningar gaspådrag och kabintryck.

4 Reglerteknik finns överallt (nästan) Vattennivån i toaletten är en enkel reglering.

5 Reglerteknik finns överallt (nästan) ABS-bromsar ser till så att hjulen inte låser sig när man bromsar hårt eller när det är dåligt fäste. Hjulen får inte vara stilla när bilen rör sig. Regulatorn jämför bilens hastighet med hjulens rotation och bestämmer sedan bromstryck.

6 Reglerobjekt Toalettstolen, roder på flygplanet och bilens hjul är exempel på reglerobjekt.

7 Mätdon Ett reglersystem måste mäta det som ska regleras. Vattennivån i toastolen. Rodervinkeln. Hjulens rotation.

8 Pådragsdon I toastolen finns en ventil som öppnar och stänger vattentillförseln. Till flyplanens roder finns ventiler som styr oljan till hydraulcylindrarna. ABS-bromsarna har ventiler som styr bromsoljetrycket.

9 Regulator Reglersystemet behöver en regulator som styr processen. Toastolens är mekanisk = hävstången. Flyplanets är elektronisk. ABS-bromsarna har en elektronisk regulator.

10 ÄR-värde PV = ProcessValue. Det verkliga värdet. ÄR-värde ÄR-värde ÄR-värde I ugnen mäts temperaturen.

11 BÖR-värde SP = Set Point. Önskat värde. På spisen finns ett termostatvred där man ställer in den önskade temperaturen i ugnen.

12 Reglerprocess Systemet strävar efter att hålla ugnstemperaturen på (BÖR-värdet) oavsett: om någon öppnar ugnsluckan eller om rumstemperaturen ändras.

13 Storhet Det är alltid någon sorts storhet som ska regleras t ex: Temperatur Tryck Hastighet Vinkel Volym Ljus

14 Reglering eller Styrning Skillnaden mellan reglering och styrning är: Att vid reglering finns det alltid en återkoppling av det verkliga värdet (ÄR-värdet) Det finns alltid en givare som mäter det sanna värdet av den storhet som ska regleras.

15 Reglering eller styrning Vid styrning finns ingen givare som mäter ÄR-värdet. Man ställer in styrsignalen utifrån tidigare erfarenhet. Styrningen kompenserar inte för störningar.

16 Reglering eller styrning Exempel på val av styrning (korkat). Lägga en sten på gaspedalen i bilen, farten kommer att vara ganska jämn när vägen är plan men så fort det lutar uppför eller nerför ändras farten.

17 Reglering eller styrning Exempel på val av styrning (korkat). Om man ställer in riktningen på båten utan kompensera för avdriften = blåst och strömmar.

18 Termostat Den enklaste formen av regulator är en bimetalltermostat. Den består av två sammanfogade metaller som utvidgas olika mycket när de värms upp. De kommer därför att böjas vid uppvärmning.

19 Termostat

20 Termostat

21 Termostat Det är något som gör rummet svårt att reglera tex: Utomhustemperaturen har sjunkit Ett fönster är öppet Många personer i rummet

22 Reglera bromskraften med ABS Varför reglera i bilen? Minimera utsläpp Optimal temp i motor och kupé. Hålla tomgången så låg som möjligt Farthållare

23 Varför reglera i pappersbruket? Rätt tjocklek på pappret. Rätt fuktighet på pappret.

24 Varför reglera på arbetsplatsen? Rätt temperatur. Rätt mängd luftombyte.

25 Styrsignaler En bilförare använder flera styrsignaler: Händerna som styr ratten. En fot styr gas och broms den andra styr koppling. En hand styr växlingen.

26 Pådragsdon När bilföraren vrider på ratten ska hjulen vrida sig. Styrväxeln som finns mellan rattstången och styrstagen är styrningens pådragsdon.

27 Ställdon När bilföraren vrider på ratten ska hjulen vrida sig. Servomotorn som minskar motståndet i ratten och gör det lättare att styra är styrningens ställdon.

28 Mätdon Mätdon omfattar givare och en omvandlare. Omvandlare/anpassningsenhet omvandlar givarens signal till en elektrisk signal som ska vara: 4-20mA eller 0-20mA eller 1-5V eller 2-10V eller Digital signal

29 Mätdon

30 Givare Givare mäter någon storhet t ex: Temperatur Tryck Varvtal

31 Regulator I regulatorn jämförs ÄR- och BÖR-värde dvs regleravvikelsen. Den inbyggda förstärkaren förstärker regleravvikelsen och skickar ut den som en styrsignal.

32 Regulator För att en regulator ska fungera måste den ställas in (konfigureras) för den reglering den ska användas till. Det man ställer in är vilka in- och utsignaler som ska användas, mätområden och reglermetod.

33 Regulatorns styrsignal (OUT) För att en regulator ska fungera som bäst måste parametrarna ställas in. Man optimerar regulatorn. Man ställer in de tre funktionerna P, I och D

34 Regulatorns styrsignal (OUT) P-funktionen har redan beskrivits det är förstärkningen dvs hur mycket styrsignalen ska kompensera för regleravvikelsen BÖR-ÄR. I-funktionen ger en fördröjning, styrsignalen påverkas inte förrän regleravvikelsen har varat en viss tid. D-funktionen ger ett tillskott beroende på hur snabbt ÄR-värdet ändras.

35 Regulatorns styrsignal (OUT) Förstärkningens (P-funktion) effekt kan beskrivas med bilkörning. Hög förstärkning = föraren ger full gas när det blir grönt och får nästan ögonblickligen släppa gasen för att inte köra in i nästa bil. Låg förstärkning = föraren gasar försiktigt så att kö kanske uppstår.

36 Regulatorns styrsignal (OUT) Vi människor har en inbyggd I-funktion. Om vi är ute och går en solig dag så klär vi inte på oss mer kläder bara för att det blev lite svalare när solen gick i moln eftersom vi ser att det är ett litet moln och snart värmer solen igen.

37 Regulatorns styrsignal (OUT) När vi kör bil använder vi D- funktionen när man kommer i kapp en bil. Minskar avståndet till framförvarande bil väldigt sakta så sänker vi farten lite eller inte alls. Men minskar avståndet till framförvarande bil snabbt sänker vi farten mer.

38 Pådragsdon Ett pådragsdon är t ex en ventil eller ett spjäll. Ett pådragsdon med ett pneumatiskt ställdon.

39 Ställdon Ställdon är den enhet som ställer om pådragsdonet. Oftast en elmotor eller ett pneumatiskt ställdon.

40 Reglerprocesser För att kunna sätta in reglertekniken i ett sammanhang bör man ha en viss kunskap om processer. En process är en kedja av händelser som är nödvändig för att producera en produkt t ex Bland ning Spädn ing Värm ning Paket ering

41 Reglerprocesser Styr- och Reglerteknik är en viktig del i processen för att t ex kontrollera temperatur, flöde, fuktighet, tryck, viskositet och densitet. För att slutprodukten ska bli så bra som möjligt måste alla delprocesser vara optimerade.

42 Reglerprocesser Processteknik ingår bl a vid: Livsmedelproduktion t ex mjölk, saft och socker Energiproduktion t ex vattenkraft och värmepumpar

43 Reglerprocesser Pappersbruk Reningsverk Järn- och stålproduktion Kemisk produktion t ex bensin, tandkräm, plast

44 Dynamiska system Tidskonstant Om du kokar mjölk på spisen och vrider ner när det börjar koka kommer det troligen att koka över, plattans svalnar inte på en gång. Det finns en tröghet i processen.

45 Dynamiska system Tidskonstanten är den tid det tar för ÄR-värdet att ändras 63% från ett bestämt värde till ett annat. T ex så ska volymen ändras i en behållare från 0 liter till 100 liter. Tidskonstanten blir då den tid det tog att fylla på 63 liter (63%)

46 Dynamiska system En process som har flera tidskonstanter kallas för flerkapacativ. I ett rum finns minst tre stycken: T1- tiden det tar att värma upp elementet. T2- tiden det tar att värma upp luften. T3- tiden det tar att värma upp golv, väggar och tak.

47 Dynamiska system För att en regulator ska fungera effektivt måste det programmeras in vilken tröghet reglerobjektet har.

48 Dynamiska system Dödtid är den tid processen behöver för att reagera vid en BÖR-värdesändring. En plötslig kyla drar in över ett bostadsområde som värms med fjärrvärme. När belastningen ökar så ökar pannan sin effekt snabbt.

49 Dynamiska system Det tar ändå ganska lång tid innan det varmare vattnet har kommit fram till bostäderna. Det är en lång transporttid. Transporttider i ett reglersystem skapar Dödtid.

50 Dynamiska system Dödtid orsakas också av glapp i mekaniska system. Slitna ställ- och pådragsdon bidrar med dödtid i processen.

51 Dynamiska system

52 Mätteknik P1 P2 membranet buktar och strängarna av resistivt material blir smalare vilket ger en ökad resistans.

53 Mätteknik Nivåmätning kan göras på flera sätt, det som styr valet är vad som ska mätas vätska, pulver, granulat osv. En äldre princip är använda sig av en flottör som flyter på vätskeytan. Genom att låta en lina som är fäst i flottören påverka en potentiometer som är kopplad till en elektrisk krets kan mäta nivån i tanken.

54 Mätteknik Nivåmätning kan utföras beröringsfritt med ekolod. Genom att mäta den tid det tar för en ljudpuls att studsa tillbaka till ekolodet fastställs avståndet mellan ytan och ekolodet.

55 Mätteknik Differenstryckmätning Känd densitet = man vet hur mycket det väger per liter

56 Mätteknik Tryckluften skapar bubblor i tanken och tryckmätaren mäter bubblornas mottryck vilket motsvarar nivån i tanken. Fördelen är att tryckgivaren inte behöver komma i kontakt med mediet.

57 Mätteknik För Flödesmätning finns en mängd olika givare beroende på var mätningen ska ske t ex: Skorstenar Ventilationer Rör för olika vätskor, pulver mm. Antingen mäts volym m 3 /h eller Massa kg/s

58 Mätteknik Vinghjulsmätaren liknar en liten väderkvarn och används för att mäta flöden i öppna kanaler. Svävkroppsmätaren används för både vätskor och gaser.

59 Mätteknik Flödesmätning genom differenstryck

60 Mätteknik Akustisk flödesmätning

61 Mätteknik Induktiv mätning använder principen att det induceras en spänning i en ledare som rör sig vinkelrätt mot ett magnetfält. Mediet måste vara ledande

62 Varvtalsmätning Mätteknik

63 TACHOMETER fungerar som en generator. Den monteras på den axel som ska mätas ju fortare den snurrar desto högre spänning alstras. Mätteknik

64 Mätteknik Kraftmätning Principen att resistansen ökar i en tråd som töjs används i trådtöjningsgivaren.

65 Mätteknik Det tillverkas vågar med trådtöjningsgivare från några kilo upp till flera ton.

66 Mätteknik Viskositet är ett mått på hur trögflytande en vätska är det mäts i t ex: Schampo, hudkrämer och salvor. Pappersmassa. Yoghurt, filmjölk och hallonkräm. Oljor.

67 Mätteknik Genom att mäta den kraft som motorn använder för att vrida runt axeln kan viskositeten beräknas.

68 SLUT