Az irányítástechnikai alpismeretek-2

Irányítástechnika foglama

Az irányítás törvényszerűségeivel, gyakorlati megvalósításával foglalkozó tudományág

neve irányítástechnika.

Az irányítás fogalma

A műszaki életben az irányítás olyan műveletsor, amely egy műszaki (technológiai)

folyamatot elindít, annak meghatározott állapotát fenntartja vagy megváltoztatja, ill. a

folyamatot leállítja.

Az irányítás csoportosítása az ember szerepe szerint

 Kézi,

 Automatizált.

Kézi irányításról beszélünk, ha az irányításhoz szükséges műveleteket vagy azok egy

részét az ember hajtja végre.

Automatizálás esetén az irányítási műveleteit különböző szerkezeti egységekből

felépített irányítóberendezés önműködően, az ember beavatkozása nélkül végzi el.

Az irányítás részműveletei

1. Érzékelés:..............információszerzés az irányítandó folyamatról.

2. Ítéletalkotás:..........döntés az értesülés feldolgozása alapján a rendelkezés szükségességéről

pl. van-e eltérés az előírt és a mért érték között.

3. Rendelkezés: .........utasítás a beavatkozásra.

4. Beavatkozás:.........az irányított folyamat befolyásolása a rendelkezés alapján.

Az értesüléseket általában érzékelők, műszerek segítésével kapjuk.

Az ítéletek különfélék lehetnek: pl. annak eldöntése, hogy két változó egyenlő-e. De

állhat az ítéletalkotás különbségképzésből is, vagy sor kerülhet valamilyen logikai műveletre.

Az ítéletalkotás eredményeképpen a rendelkezés következik: történjen-e vagy ne történjen

beavatkozás az irányított folyamatba.

A rendelkező hatás a beavatkozás szerkezetét működteti.

A beavatkozó szerv működése változtatja meg az irányítandó folyamatot.

Az irányítás műveletére jellemző, hogy maguk az irányító szervek, ill. berendezések nem

végeznek közvetlen termelőmunkát, hanem csak a termelési folyamatot végző gépeket,

berendezéseket irányítják.

Az irányítás jelhordozói

Az irányított folyamatokról az értesüléseket (információkat) valamilyen fizikai

mennyiség mérése útján kapjuk. Ezeket a fizikai mennyiségeket jelhordozóknak nevezzük.

Jelhordozó lehel minden mérhető fizikai (kémiai) állapothordozó, vagy mennyiség (pl.

folyadékszint, nyomás, hőmérséklet, stb.). A jelhordozó megváltozása révén a műszaki

folyamat üzeméről hasznos információkat szerezhetünk, továbbíthatunk, ill. tárolhatunk.

Az irányítás jelei

Jelnek nevezünk minden olyan fizikai, kémiai mennyiség értéket vagy értékváltozását

(hatását), amely alkalmas információ szerzésére, továbbítására, tárolására és az irányítási

folyamat során keresztül halad az irányítási lánc egyes egységein.

Az irányítás jeleinek felosztása

Értékkészlet szerint:

 Folytonos: a működési tartományban bármilyen értéket felvehet, pl. hőmérséklet.

 Diszkrét: csak meghatározott értéket vehet fel, pl. két-, vagy többállású kapcsoló.

Időbeli lefolyás szerint:

 Folyamatos: időben folyamatosan változik, pl. fényerősség.

 Szaggatott: időközönként megszakad. pl. vízminőség mintavétele óránként.

Az információ megjelenési formája szerint:

 Analóg: közvetlenül mutatja a jelhordozó értékváltozását, pl. vízszintmérő golyó.

 Digitális: kódolt formában jelenik meg, pl. CD-ROM lemez tartalma.

Az érték meghatározottsága szerint:

 Determinisztikus: előre kiszámítható, pl. felmelegedés gyorsasága.

 Sztochasztikus: véletlenszerű, pl. lakás napi vízfogyasztása.

A jel folyamatos értékű,

folyamatos idejű

A jel folyamatos

értékű, szaggatott

idejű

A jel diszkrét értékű,

folyamatos idejű

A jel diszkrét

értékű, szaggatott

idejű

Az irányított rendszer két fő része

 Az irányító berendezés,

 Az irányított berendezés.

Az irányító berendezés mindazon szerkezeti egységek összessége, amelyek segítségével

az irányítás megvalósul.

Az irányított berendezés az irányítás tárgyát képezi. Ez az irányítandó műszaki folyamat,

amely az irányítástól függetlenül is létezik. Irányító berendezés Irányított berendezés

Az irányítási rendszer szerkezeti részei

 Az elem,

 A szerv,

 A jelvivő vezeték.

Az elem az irányítási rendszer irányítástechnikai szempontból legkisebb, tovább nem

bontható szerkezeti egysége. Az elemnek egy vagy több alkatrésze lehet (pl. egy rugó).

A szerv az irányítórendszernek egy irányítási részfeladatot önállóan ellátó szerkezeti

egysége. A szerv egy vagy több elemből állhat. Az irányítási rendszer lényeges szerve, pl. az

információ szerzésére szolgáló szerkezeti egység, az érzékelőszerv.

A jelvivő vezeték olyan összeköttetés, amely a jeleket átviszi az irányítási rendszer

szervei kőzött (pl. egy villamos vezeték).

1.9 A hatáslánc

Az irányítási rendszer azon szerkezeti egységeinek sorozatát (láncolatát), amelyek az

irányítási hatást közvetítik, hatásláncnak nevezzük.

Az irányítási rendszer ábrázolási módjai

 szerkezeti vázlattal,

 működési vázlattal,

 hatásvázlattal.

A szerkezeti vázlat az irányítási rendszer vázlatos vagy jelképes ábrázolása, amely

elsősorban a rendszer irányítási szempontból lényeges részeit tünteti fel.

A működési vázlat a hatáslánc szerkezeti részeinek, szerveinek jelképes ábrázolása.

A szerveket téglalapok, a jelek útját pedig vonalakra rajzolt nyilak jelképezik A téglalapokba a

szervek nevét szoktuk írni.

Ilyen működési vázlatok, pl. a vezérlés, ill. szabályozási kör szerveit és jeleit bemutató ábrák. Bemeneti jel Ellenőrző jel Rendelkező jel Végrehajtó jel Beavatkozó jel Módosított jellemző Vezérelt jellemző

Vezérlő berendezés Vezérelt berendezés

A hatásvázlat a hatáslánc olyan ábrázolása, amelynél a téglalapok ún. tagokat ábrázolnak és a

téglalapba a tag működésére jellemző függvény kerül.

Az irányítás két fő csoportja

 Vezérlés

 Szabályzás

Vezérlés esetén egy bemeneti jel egy berendezésen változást idéz elő. A kívánatos, és a

tényleges változás különböző lehet. A vezérelt jellemzőről semmilyen visszajelzés nem jut a

bemenetre. A vezérlés hatáslánca nyitott. Például egy kapcsolóóra adott időben (este 6-kor)

bekapcsolja az utcai világítást, függetlenül attól, hogy sötét van, vagy sem.

Szabályozás esetén is egy bemeneti jel egy berendezésen változást idéz elő. Ekkor

azonban a tényleges érték állandó felülvizsgálata folyik egy mért, visszacsatolt és a kívánatos

érték összehasonlítása révén. A szabályozás hatáslánca zárt. Például a külső fényerőt egy

fénymérő méri, és az utcai világítást csak akkor kapcsolja be a szabályzó, ha a mért érték

kisebb lesz az általunk beállított bekapcsolási szinttől.

A gyakorlatban a szabályozások, vezérlések, a kézi irányítás és az önműködő irányítás

egy adott folyamatnál sokszor együtt található meg.

Érzékelő szerv

Parancsadó szerv

Erősítő, jelformáló szerv

Végrehajtó szerv

Beavatkozó szerv

Vezérelt berendezés

Vezérléstechnika

A vezérlési vonal fogalma

A vezérlés nyitott hatásláncát vezérlési vonalnak nevezzük.

A vezérlési vonal fő egységei

A vezérlési vonal két fő szerkezeti egységre bontható:

 Vezérlő berendezés,

 Vezérelt berendezés.

A vezérlési vonal felépítése

A vezérlőberendezésben különböző, önálló feladatot ellátó szerkezeti egységek, szervek

találhatók. Ezek:

 érzékelő szerv vagy kezelő szerv,

 parancsadó szerv,

 erősítő, jelformáló szerv,

 végrehajtó szerv,

 beavatkozó szerv.

A szerkezeti egységek egymáshoz jelekkel csatlakoznak, melyek a következők:

 bemeneti jel (xbe),

 ellenőrző jel (xe),

 rendelkező jel (xr),

 végrehajtó jel (xv),

 beavatkozó jel (xb).

A vezérelt berendezéssel közvetlenül kapcsolatban lévő jeleket - megkülönböztetve a

vezérlőberendezés jeleitől - jellemzőknek nevezzük. Ezek a jellemzők:

 módosított jellemző (xm),

 vezérelt jellemző (xki),

 zavaró jellemző (xz).

A vezérlési vonal felépítése részletezve

Az érzékelő vagy kezelő szerv a vezérelt jellemzőtől független bemeneti jelet érzékeli.

A parancsadó szerv az érzékelt jelek hatására meghatározott műveletek elvégzése után

kibocsátja a rendelkező jelet.

A jelformáló szerv a rajta áthaladó jel időbeli változását előírt tőrvényszerűség szerint

módosítja. Csak akkor van rá szűkség, ha a rendelkező jel közvetlenül nem alkalmas az utána

következő szerv (szervek) működtetésére.

Az erősítő szerv bemenőjelének hatására - segédenergia felhasználásával - nagyobb

energiatartalmú, vagy jelszintű kimenőjelet ad. Akkor van rá szükség, ha a rendelkező jel

Vezérlő Vezérelt teljesítmény, vagy jelszintjének alacsony volta miatt nem alkalmas a végrehajtó-beavatkozó szerv működtetésére.

A végrehajtó szerv a rendelkező jelet alakítja át a beavatkozó szerv működéséhez

szükséges jellé. Erre is csak akkor van szükség, ha a rendelkező jel közvetlenül nem tudja

működtetni a beavatkozó szervet. Ha rendelkező jel, pl. villamos áram, akkor azzal egy szelep

közvetlenül nem működtethető, egy elektromágnes tekercsén kell átvezetni a működtetéshez.

Az elektromágnes ekkor a végrehajtó szerv szerepét látja el.

A beavatkozó szerv a vezérlési vonalban az utolsó szerv, mely a vezérelt berendezést

közvetlenül befolyásoló módosított jellemzőt létrehozó szerkezeti egység.

Módosított jellemző a vezérelt műszaki folyamat azon kiválasztott jellemzője, amely

befolyásolja a vezérelt jellemzőt a vezérlési feladat teljesítése végett.

A vezérelt jellemző a műszaki folyamatnak az a jellemzője, amelyet vezérléssel előírt

módon akarunk megváltoztatni.

Zavaró jellemző a vezérelt berendezésre ható, az irányítástól független olyan jellemző,

amely a vezérelt jellemzőt nem kívánt módon befolyásolja, pl. nyomásingadozás, környezeti

hőmérséklet változása stb.

A vezérlési vonal működési vázlata: Bemeneti jel Ellenőrző jel Rendelkező jel

Végrehajtó jel

Beavatkozó jel

Módosított jellemző

Vezérelt jellemző

Vezérlő berendezés Vezérelt berendezés

A vezérlések fajtái az információ ábrázolása szerint

 Analóg vezérlés: folyamatos, analóg jelekkel dolgozik.

 Digitális vezérlés: számszerű információkat digitálisan kódolva dolgoz fel.

 Bináris vezérlés: logikai kapcsolatok, időzítők, számlálók, tárolók felhasználásával

müködik.

Érzékelő, kezelő szerv Parancsadó szerv Erősítő, jelformáló szerv Végrehajtó szerv Beavatkozó

szerv Vezérelt berendezés Zavaró jellemző

A vezérlések osztályozása a jelfeldolgozás szerint

 Szinkron vezérlés: Órajel szinkronizál egy vezérlést pl. késleltetve

kikapcsoló lépcsőházi világítás.

 Aszinkron vezérlés: A kimenőjel változását egy független bemenőjel idézi

elő pl. valaki kézzel bekapcsol egy gépet.

 Logikai vezérlés: A bemenő jelek állapotaihoz a Boole algebra

logikájának megfelelően vannak hozzárendelve a

kimenő jelek.

 Lefutó vezérlés: Előre programorott sorrendben lépésenként haladó

vezérlés, mely ciklusosan ismétlődik.

 Idővezérelt lefutó vezérlés: Olyan lefutó vezérlés, melyet kapcsolóóra, vagy más

időzítők ciklikus sorozata irányít.

 Folyamatvezérelt lefutó v.: Olyan lefutó vezérlés, melynek következő lépését az őt

megelőző lépés vége indítja. Ciklusosan ismétlődő,

végálláskapcsolókkal irányított lépések sorozata ez.

Vezérlések csoportosítása a felhasznált segédenergia szerint

 Egyközeges vezérlések:

 mechanikus vezérlések,

 pneumatikus vezérlések,

 hidraulikus vezérlések,

 elektromos vezérlések.

 Összetett vezérlések:

 elektropneumatikus vezérlések,

 elektrohidraulikus vezérlések,

 hidropneumatikus vezérlések.

Vezérlés Szinkron Aszinkron Logikai Lefutó Idővezérelt lefutó Folyamatvezérelt lefutó

A vezérlőlánc felosztása

Fent egy pneumatikus példát láthatunk a vezérlőlánc felosztására.

Jelbevitel Jelfeldolgozás Jelformálás, erősítés Jelkivitel Jelkivitel

pl. henger Jelerősítés, pl. főszelep Jelfeldolgozás pl. huzalozás

Jelbevitel, pl. végálláskapcsolók, kézi kapcsolók Jelütközések

kiiktatása pl. memória

Szabályozástechnika

A szabályozási kör fogalma és fő egységei

A szabályozási kör a szabályozás zárt hatáslánca. Szerkezetileg két jól elkülöníthető

szerkezeti egységre bontható:

 szabályozott berendezés,

 szabályozó berendezés.

A szabályozott berendezés olyan, a szabályozótól függetlenül meglévő műszaki

berendezés, folyamat, gép stb., amely a szabályozás tárgya.

A szabályozó berendezés (vagy egyszerűen szabályozó), azoknak a szerkezeti

egységeknek az összessége, amelyek révén a szabályozás megvalósul.

A szabályozott és a szabályozó berendezés egymáshoz két helyen, az érzékelési és a

beavatkozási helyen csatlakozik. Az érzékelés helyén szerez a szabályozó információt a

szabályozott berendezés állapotáról és a beavatkozás helyén befolyásolja az irányított

berendezést.

A szabályozások csoportosítása segédenergia szerint

A méréskor a folyamatba bekerülő energiamennyiség igen sok esetben nem elegendő a

szabályozó működtetéséhez. Az ipari folyamatokat szabályozó bonyolult felépítésű és sokszor

nagy távolságokat áthidaló szabályozó berendezések egyes szerkezeti egységeit ezért külön

energiahálózatról üzemeltetjük, segédenergiával működtetjük.

A segédenergia lehet:

 villamos energia - ezzel működnek a villamos szabályozók,

 sűrített levegő - ezzel működnek a pneumatikus szabályozók,

 nyomás alatt álló olaj - ezzel működnek a hidraulikus szabályozók.

A szabályozási kör jellemzői

 szabályozott jellemző (xs),

 alapérték (xa)

 zavaró jellemző (xz),

 módosított jellemző (xm).

A szabályozott jellemző a műszaki folyamat azon jellemzője, amelyet a szabályozással a

zavaró hatások ellenére az alapértéken akarunk tartani.

szabályozó berendezés szabályozott berendezés visszacsatolás

Az alapérték az az előírt érték (vagy előírt módon változó érték), amelyet a szabályozott

jellemzőnek a szabályozás révén el kell érnie.

Zavaró jellemző a szabályozott szakaszra ható, a szabályozástól független, külső hatás,

amely a szabályozott jellemző értékére károsan hat.

A módosított jellemző a szabályozott szakásznak az a kiválasztott jellemzője, amellyel a

szabályozott jellemzőt befolyásolni tudjuk.

3.4 A szabályozási kör jelei és szervei

Az érzékelő szerv a szabályozási kör olyan szerve, amely a szabályozott jellemzőt méri

és annak nagyságával arányos, összehasonlításra alkalmas ellenőrző jelet (xe) szolgáltat.

Az alapjel képző szerv a szabályozási kör olyan szerve, amely az alapjel (xa), vagyis az

előírt érték (vagy előírt módon változó érték) külső beállítására szolgál.

A különbségképző a szabályozási kör olyan szerve, amelynek feladata az ítéletalkotás,

azaz az alapjel és az ellenőrző jel különbségével arányos rendelkező jel (xr) előállítása.

xr=xa-xe

A jelformáló-erősítő szerv feladata, hogy a rajta áthaladó jelet az előírt

tőrvényszerűségek szerint módosítsa, felerősítse. A jelformáló-erősítő által kibocsátott jel a

végrehajtó jel (xv). A legtöbb esetben ez kis energiájú, nem alkalmas a beavatkozó szerv

működtetésére, csak a végrehajtó szerv működtetésére jó.

A végrehajtó szerv feladata a szabályozási körben létrejövő rendelkezés végrehajtása, a

beavatkozó szerv mozgása, beavatkozó jel (xb) kibocsátása.

A beavatkozó szerv a szabályozott szakaszt közvetlenül befolyásoló, a módosított

jellemző értékét létrehozó szerkezeti egység:

Szabályozott szakasz, berendezés Érzékelő szerv Beavatkozó szerv Különbség képző szerv Alapjel képző szerv Erősítő jelformáló szerv Végrehajtó szerv

 A szabályozások felosztása

A szabályozásokat többféle szempont szerint csoportosíthatjuk.

Az ember szerepe szerint megkülönböztetünk:

 kézi és

 önműködő szabályozást.

Az alapérték időbeli lefolyása szerint:

 értéktartó (az alapjel állandó),

 követő, mely lehet:

 menetrendi (kapcsolóórával változó alapjel),

 értékkövető (valamely külső paramétert követ az alapjel).

A működési folyamatosság szerint:

 folyamatos működésű (állandóan szabályoz),

 időszakos működésű (mintavételezés alapján időszakosan szabályoz).

A hatáslánc jeleinek folytonossága szerint:

 folytonos,

 nem folytonos szabályozás, mely lehet:

 állásos szabályozás (két, három vagy többállású kapcsolós),

 digitális szabályozás (az ellenőrző és az alapjel is digitálisan kódolt).

A rendszer szerkezete alapján:

 egyhurkos (csak egy szabályzási kör van jelen),

 többhurkos (két, vagy több szabályzási kör működik egymás mellett, egymástól

függetlenül, ”kaszkád”),

 kapcsolt, többváltozós szabályozás (két, vagy több szabályzási kör működik egymás

mellett, melyek egymást kölcsönösen befolyásolják).

Az állásos szabályozók esetében a végrehajtójel csak bizonyos diszkrét értékeket vehet

fel; a folytonos működésű szabályozóknál a végrehajtójel meghatározott értéktartományban

folytonosan változhat.