Regulačné prvky: Relé a Termostat

Elektromagnetický spínací prvok používaný vo všetkých spínacích systémoch, okrem manuálnych a elektronických, je relé. Relé pracuje na tzv. elektromagnetickom princípe, čo znamená, že využíva magnetické účinky elektrického prúdu pretekajúceho cievkou, pričom sa mechanicky zopína.

Princíp činnosti relé

Po pripojení na zdroj jednosmerného napätia kotva pritiahne bez ohľadu na polaritu napätia. Pri pripojení na zdroj striedavého napätia kotva striedavo priťahuje a odpadá v rytme dvojnásobnej frekvencie voči pôvodnej.

Výhody a nevýhody klasického relé

Medzi výhody relé patrí možnosť vytvoriť viac kontaktov, pretože viac kontaktov je ovládaných jednou cievkou. Kotva a kontakty tvoria samostatné obvody, ktorých napájacie napätie môže byť rôzne čo do priebehu a veľkosti.

Nevýhodami sú citlivosť na poveternostné podmienky a veľké prechodové odpory.

Jazýčkové relé

Jazýčkové relé je špeciálny typ relé, kde sú kontakty uzatvorené v sklenenej banke naplnenej inertným plynom. Banka je uložená ako jadro cievky a celý obvod je krytý magneticky mäkkým materiálom. Prechodom prúdu cez cievku nastáva zmagnetizovanie relé, a tým aj príťah.

Výhodami jazýčkového relé sú, že na kontakty nemá vplyv prostredie a má dostatočne malý prechodový odpor.

Prechodové javy v relé

Prechodový jav v cievke vzniká pri pripájaní a odpájaní zdroja napätia od svoriek relé. Cievka relé sa správa ako sériový R-L obvod.

Prúdové pomery príťahu a odpadu relé sú vo väčšine prípadov rovnaké. Vonkajším zapojením je možné predĺžiť dobu odpadu relé.

• Pri kondenzátore 500 F sa doba odpadu relé predlžovala o 2,6 s.
• Pri kondenzátore 1000 F sa doba odpadu relé predĺžila o 4,44 s.
• Pri kondenzátore 1470 F sa doba odpadu relé predĺžila o 6 s.

Z toho vyplýva, že doba odpadu relé sa zvyšuje takmer lineárne s výškou hodnoty kondenzátora.

Termostat a jeho funkcie

Termostat je veľmi užitočné zariadenie, ktoré našlo uplatnenie napríklad u chovateľov. Ďalšie využitie je pre spínanie a reguláciu mrazenia, chladenia alebo ohrievania vody, v solárnych systémoch a podobne.

Základné funkcie termostatu

Termostat dokáže prepínať medzi módmi pre chladenie a pre zohrievanie. Na termostate sa dá nastaviť rozličná teplotná hodnota, kalibrovať, nastaviť oneskorený nábeh chladenia. Obsahuje tiež alarm, keď teplota presiahne nastavenia, alebo pri zlyhaní senzora.

Termostat obsahuje jedno relé, ktoré je vlastne spínač elektrického obvodu. Chladenie alebo zohrievanie sa dá zmeniť cez menu.

Technické parametre termostatu

Poznámka: Termostat je skvelo zabudovateľný do panelu, pri príprave panelu treba myslieť na elektrické pripojenie.

Schéma zapojenia termostatu

Na relé termostatu sa dá pripojiť ohrievacia špirála, motor, keramický ohrievač.

• Kontakty 1 a 2 sú pre relé.
• Kontakty 3 a 4 sú pre napájanie (fáza a nulový vodič 230V).
• Kontakty 5 a 6 sú pre továrenské nastavenia, termostat je blokovaný skratovaním tohto obvodu. Užívateľ ich nemôže modifikovať.
• Kontakty 7 a 8 sú pre teplotné čidlo.

Príklad fungovania systému s termostatom

Termostat reguluje keramický ohrievač. Po dosiahnutí cieľovej teploty vypne relé a elektrický prúd prestane tiecť do ohrievača. Pri poklese teploty zasa zapne relé a ohrievač začne ohrievať na nastavenú teplotu.

Práca s termostatom v móde ohrievania

Ak nastavíte v móde pre zohrievanie (nastavenie v HC menu na H) cieľovú teplotu na 40°C a hodnotu „C“ na 10°C, relé spojí obvod. Ak teplota na snímači klesne o 10°C (cieľová teplota mínus CP (d) hodnota 10°C), výsledkom je, že relé spojí obvod pri 30°C a znovu rozpojí obvod pri 40°C.

Práca s termostatom v móde chladenia

Pre mód chladenia je práca trochu iná. Menu HC nastavím C ako cooling (chladenie). Teplotu nastavím na 40°C a CP hodnotu dám 10 stupňov. Termostat zapne relé na 50°C a vypne ho, keď teplota klesne na 40°C.

Čidlo termostatu je umiestnené v kovovom obale.

Ovládanie a nastavenie termostatu

Ak je termostat zapnutý, stlačením tlačidla RST na 3 sekundy sa termostat vypne. Stlačením tlačidla SET na termostate sa dostanete do menu, kde sa pohybujete šípkami ▲ alebo ▼. Tieto tlačidlá sa tiež využívajú ako tlačidlá pre „hľadanie“ - nastavenie teploty alebo inej hodnoty. Ak ich podržíte jedno tlačidlo (buď šípku hore alebo šípku dole) na tri sekundy, číslice sa budú meniť rýchlejšie. Tlačidlo SET použijete pre výstup z nastavenia.

• ▲: šípka hore
• ▼: šípka dolu

Stlačením klávesy SET na 3 sekundy sa dostanete do nastavení pre termostat. Šípkami ▲ alebo ▼ sa pohybujete v možnostiach nastavenia termostatu. Pri cieľovej možnosti v menu treba znovu stlačiť tlačidlo SET a znovu šípkami ▲ alebo ▼ vybrať žiadanú hodnotu, po jej nastavení stlačíte tlačidlo RST.

Signalizácia chodu (WORK)

LED diódy sú umiestnené na ľavej strane displeja a sú indikátorom chodu pre chladenie a zohrievanie (ak svieti LED pri WORK). Ak svieti LED pri SET nápise, znamená to, že ste v nastaveniach pre termostat.

Nastavenia ohrevu a chladenia

Stlačením tlačidla „SET“ na sekundy sa zobrazí menu a vyberiete HC kód. Potvrdíte ho stlačením tlačidla SET. Potom termostat dá na výber dva módy H alebo C (ohrievanie alebo chladenie). Šípkami „▲“ alebo „▼“ vyberiete hodnotu, na ktorú chcete termostat nastaviť.

Funkcia hysterézie

Hysterézne limity sú maximálny interval medzi otvorením a státím. Minimálny interval je 1℃, maximálny interval je 15℃.

Nastavenie hysterézie

Stlačením tlačidla SET na 3 sekundy vstúpite do menu, kde šípkami vyberiete možnosť „D“ a znovu stlačíte tlačidlo SET, potom šípkami vyberiete hodnotu.

Kalibrácia teploty na termostate

Ak by sa vyskytla nezrovnalosť medzi meranou teplotou a teplotou, ktorú ukazuje termostat, treba využiť funkciu kalibrácie. Predtým, než pristúpite ku kalibrácii termostatu viacerými meraniami, zaznamenajte odchýlku v žiadanom rozsahu teplôt. Pri kalibrácii sa dajú použiť záporné a kladné hodnoty a samozrejme 0.

Nastavenie pre kalibráciu

Po stlačení tlačidla SET na 3 sekundy vstúpite do nastavení termostatu, zvolíte CA funkciu, kde šípkami ▲ alebo ▼ vyberiete, či teplotu termostatu skalibrujete smerom nadol alebo naopak nahor.

Názorný návod ako skalibrovať termostat

Ak teplota na čidle je 25 ℃ a termostat aj reálne ukazuje 25 ℃, tak hodnota CA je 0. Ak chcete, aby ukazoval 26 ℃, tak nastavíte CA na 1. Pre 24 ℃ zasa -1. Je to výborná funkcia pre objekty, kde sa nedá dať priamo čidlo a teplota je odhadovaná.

Funkcia spomaleného štartu

V chladiacom móde sa termostat zapne a keď zmeria hodnotu alebo hysteréziu + hodnotu. Je odporúčaná funkcia pre zariadenia, ktoré obsahujú kompresor.

Nastavenie oneskorenia termostatu

Stlačením tlačidla SET sa dostanete do menu a zvolíte „PT“, znovu stlačíte SET a šípkami “▲ “ alebo “▼” navolíte požadovaný parameter.

Horný a dolný limit - dôležitá funkcia

Nastavenie HS (horného limitu) a LS (dolného limitu) pre kontrolu termostatu. Ak nastavíte HS limit na +15℃ a LS dolný limit na -10℃, teplotu termostatu budete môcť voliť iba v tomto rozsahu.

Riadiace systémy

Riadiace systémy v priemyselných jednotkách sú jednou z najdôležitejších súčastí zlepšovania procesov riadenia a monitorovania.

Čo je to riadiaci systém?

Riadiaci systém je súbor mechanických alebo elektronických zariadení, ktoré regulujú iné zariadenia alebo systémy prostredníctvom riadiacich slučiek. Riadiace systémy sú zvyčajne založené na počítači.

Riadiace systémy sú ústrednou súčasťou výroby a distribúcie v mnohých odvetviach. Automatizačná technológia zohráva v týchto systémoch veľkú úlohu. Medzi typy riadiacich slučiek, ktoré regulujú tieto procesy, patria priemyselné riadiace systémy, ako sú dohľadové riadenie a zber údajov (SCADA), distribuované riadiace systémy (DCS).

Typy riadiacich systémov

1. Systémy riadenia s otvorenou slučkou

Tieto riadiace systémy fungujú na základe ľudského vstupu. Riadiaca činnosť je nezávislá od výstupu. V domácich aplikáciách je príkladom systému s otvorenou slučkou práčka, pretože osoba si musí vybrať z nastavení, ktoré sa práve spúšťajú. Časovo riadený systém semaforov je priemyselným príkladom systému s otvorenou slučkou, v ktorom dopravní inžinieri musia určiť načasovanie svetiel stop, go a výstražných svetiel.

2. Riadiace systémy s uzavretou slučkou

Tieto systémy je možné aktívne spravovať alebo nastaviť na autonómnu prevádzku. Používajú signály spätnej väzby systému na zabezpečenie automatického riadenia a udržiavanie špecifických nastavení alebo požadovaných stavov bez ľudského zásahu. Niektoré regulačné slučky je možné prepínať medzi zatvorenými a otvorenými. Keď je otvorená, prepínateľná slučka sa ovláda manuálne. Keď je zatvorená, môže byť plne automatizovaná. Termostat je príkladom systému s uzavretou slučkou. Zapína a vypína kúrenie na základe signálov, ktoré prijíma zo senzorov monitorujúcich teplotu vzduchu. Regulácia teploty je dôležitou súčasťou procesných jednotiek.

Technik pravidelne posiela vstupné signály do zariadenia a výstupné signály odosiela prostredníctvom spätnoväzobnej slučky a senzora, ktorý monitoruje zariadenie. Keď senzor prijme chybový signál zo zariadenia, odošle technikovi prostredníctvom spätnoväzobnej slučky alarmovú správu a potom v prípade potreby odošle zariadeniu pokyny na riešenie negatívnej spätnej väzby.

Riadiaci systém potrebuje na riadenie zariadenia dáta zo spätnej väzby.

3. Systémy kontinuálneho riadenia

Tieto systémy pracujú s kontinuálnym časovým intervalom a/alebo výstupnými hodnotami. Na reprezentáciu vstupu a výstupu systému môžu používať analógové alebo digitálne signály. Systémy kontinuálneho riadenia sa často používajú v aplikáciách, kde je potrebný kontinuálny výstup (napríklad v systémoch regulácie teploty).

4. Diskrétne riadiace systémy

Tieto systémy pracujú v diskrétnom čase a ich vstupy a výstupy sú zvyčajne reprezentované digitálnymi signálmi. Diskrétne riadiace systémy sa často používajú v aplikáciách, kde je výstup potrebný iba v určitých časových okamihoch (napríklad v systémoch riadenia strojov).

5. Lineárne riadiace systémy

Tieto systémy možno reprezentovať lineárnymi diferenciálnymi rovnicami, čo znamená, že dynamika systému je úmerná vstupu a možno ju opísať pomocou lineárnych matematických operácií. Lineárne riadiace systémy majú určité vlastnosti (ako napríklad superpozíciu), vďaka ktorým sa dajú relatívne ľahko analyzovať a riadiť.

6. Nelineárne riadiace systémy

Tieto systémy nemožno reprezentovať lineárnymi diferenciálnymi rovnicami a môžu vykazovať zložité správanie, ako sú bifurkácie a turbulencia. Analýza a riadenie nelineárnych riadiacich systémov sú náročnejšie ako lineárne systémy a môžu vyžadovať špecializované techniky alebo algoritmy.

7. Časovo invariantné riadiace systémy

Tieto systémy majú vždy rovnaký vzťah medzi vstupom a výstupom, čo znamená, že dynamika systému sa v priebehu času nemení. Časovo invariantné systémy sa často používajú v aplikáciách, kde sa neočakáva, že sa parametre systému v priebehu času výrazne zmenia.

8. Časovo premenné riadiace systémy

Tieto systémy majú časovo premenlivý vzťah medzi vstupom a výstupom, ktorý môže byť spôsobený zmenami v dynamike systému alebo vonkajšími faktormi. Analýza a riadenie časovo premenných systémov môže byť náročnejšie ako časovo invariantných systémov, pretože dynamika systému sa môže v priebehu času meniť.

9. Riadiace systémy s jedným vstupom a jedným výstupom (SISO)

Tieto systémy majú jeden vstup a jeden výstup, čo znamená, že systém má iba jeden stupeň voľnosti. Analýza a riadenie systémov SISO sú relatívne jednoduché a často sa používajú v základných riadiacich systémoch.

10. Riadiace systémy s viacerými vstupmi a viacerými výstupmi (MIMO)

Tieto systémy majú viacero vstupov a viacero výstupov a ich analýza a riadenie môžu byť zložitejšie ako systémy SISO. Systémy MIMO sa dajú použiť na riadenie systémov s viacerými stupňami voľnosti alebo na dosiahnutie pokročilejších cieľov riadenia.

Systémy riadenia prístrojov

Tieto funkcie zvyčajne zabezpečujú poplašné systémy, ochranné systémy (panika, blokovania a núdzové vypnutia) a systémy riadenia procesov. Tieto inžinierske systémy sa jednotlivo a súhrnne opisujú ako riadiace systémy a môžu byť samostatné alebo mať spoločné prvky, ako napríklad ľudské rozhranie, rozhranie zariadenia, logické prvky, elektrické prístrojové vybavenie, prostredie a systémy riadenia.

Komponenty riadiacich systémov

• Ľudské rozhranie môže obsahovať množstvo vstupných a výstupných komponentov, ako sú ovládacie prvky, klávesnica, myš, ukazovatele, signalizačné zariadenia, grafické terminály, zvukové alarmy a grafy.
• Rozhranie zariadenia zahŕňa vstupy (senzory), výstupy (akčné členy) a komunikáciu (kabeláž, optické vlákna, analógové/digitálne signály, pneumatiku, prevádzkovú zbernicu, stavové signály, bariéry a zosilňovače prietoku).
• Logické prvky môžu byť vzájomne prepojené distribuovanou komunikáciou alebo môžu mať formu relé, diskrétnych alebo logických ovládačov (elektronických, programovateľných alebo pneumatických), distribuovaných riadiacich systémov (DCS), systémov dohľadu a zberu údajov (SCADA), počítačov (vrátane osobných počítačov) alebo programovateľných logických ovládačov (PLC). Logické prvky môžu vykonávať funkcie kontinuálneho alebo dávkového riadenia alebo prepínanie stavov (napr. zapnuté/vypnuté). Logické funkcie môžu byť rozdelené medzi senzory alebo inteligentné akčné členy.
• Prostredie je fyzické prostredie, v ktorom musia riadiace systémy (vrátane obsluhy) fungovať, vrátane fyzického umiestnenia alebo trás, podmienok prostredia (vlhkosť, teplota, horľavé atmosféry) a vonkajších vplyvov, ako je elektromagnetické žiarenie a nebezpečenstvá, ktoré môžu ovplyvniť prevádzku riadiaceho systému za normálnych alebo abnormálnych podmienok, ako je požiar, výbuch, chemický útok atď.

Aplikácia presných systémov riadenia prístrojov

Riadiace systémy sa používajú na zvýšenie produkcie, efektívnosti a bezpečnosti v mnohých odvetviach:

• Poľnohospodárstvo
• Chemické továrne
• Papierne a celulózky
• Kontrola kvality v priemysle a výrobe
• Riadenie kotlov a prevádzka elektrárne
• Kontrola životného prostredia
• Čistiarne vody a odpadových vôd
• Potraviny a spracovanie potravín
• Kovy a minerály
• Výroba liekov
• Rafinácia cukru

Konkrétne príklady použitia riadiacich systémov v priemyselných procesoch:

• Riadenie kotlov v systémoch vykurovania a elektrární
• Monitorovanie potrubia
• Systémy distribúcie vody
• Systémy čistenia odpadových vôd
• Systémy distribúcie energie

Parametre vhodného riadiaceho systému

• Presnosť: Presnosť je tolerancia merania nástroja a definuje limity chýb, ktoré vznikajú pri používaní nástroja za normálnych prevádzkových podmienok. Presnosť je možné zlepšiť použitím spätnoväzobných prvkov. Na zvýšenie presnosti akéhokoľvek riadiaceho systému musí byť v riadiacom systéme detektor chýb.
• Citlivosť: Parametre riadiaceho systému sa neustále menia v dôsledku zmien podmienok prostredia, vnútorných porúch alebo akýchkoľvek iných parametrov. Túto zmenu možno vyjadriť pomocou citlivosti. Akýkoľvek riadiaci systém by mal byť necitlivý na tieto parametre a mal by byť citlivý iba na vstupné signály.
• Hluk: Nežiaduci vstupný signál sa nazýva šum. Dobrý riadiaci systém by mal byť schopný znížiť vplyv šumu pre lepší výkon.
• Udržateľnosť: Toto je dôležitá charakteristika riadiaceho systému. Pre konečný vstupný signál musí byť výstup konečný a ak je vstup nulový, musí byť nulový aj výstup. Takýto riadiaci systém sa nazýva stabilný systém.
• Šírka pásma: Prevádzkový frekvenčný rozsah určuje šírku pásma riadiaceho systému. Šírka pásma by mala byť čo najväčšia pre správnu frekvenčnú odozvu riadiaceho systému.
• Rýchlosť: Je to čas, ktorý potrebuje riadiaci systém na dosiahnutie stabilného výstupu. Dobrý riadiaci systém má vysokú rýchlosť. Prechodová perióda pre takýto systém je veľmi krátka.
• Hojdačka: Malý počet oscilácií alebo konštantné fluktuácie výstupu majú tendenciu stabilizovať systém.

Výhody a nevýhody riadiacich systémov

Výhody a nevýhody systémov riadenia s otvorenou slučkou

Výhody:

• Jednoduchá konštrukcia a dizajn
• Cenovo dostupné
• Ľahká údržba
• Vo všeobecnosti stabilný

Nevýhody:

• Ich použitie v niektorých priemyselných jednotkách je nesprávne.
• Sú nespoľahliví.
• Akékoľvek zmeny vo výstupe nie je možné automaticky opraviť.

Výhody a nevýhody uzavretého systému riadenia

Riadiace systémy s uzavretou slučkou sa široko používajú v mnohých aplikáciách. Sú účinné pri riadení zariadení umiestnených mimo riadiacej miestnosti, poskytujú spoľahlivé a dostupné výstupné údaje a zároveň sú odolné voči vonkajšiemu rušeniu.

Výhody:

• Riadiace systémy s uzavretou slučkou sú presnejšie aj v prítomnosti nelinearity.
• Vďaka prítomnosti spätnoväzobného signálu sú veľmi presné, pretože všetky vyskytnuté chyby sú opravené.
• Rozsah šírky pásma je veľký.
• Uľahčuje automatizáciu.
• Citlivosť systému sa môže znížiť, aby bol systém stabilnejší.
• Tento systém je menej ovplyvnený hlukom.

Nevýhody:

• Sú drahšie.
• Ich dizajn je zložitý.
• Vyžadujú si viac údržby.
• Spätná väzba vedie k oscilačnej odozve.
• Hlavným problémom je stabilita a je potrebná väčšia starostlivosť pri navrhovaní stabilného systému s uzavretou slučkou.

Riadiace systémy sú však zložité a vyžadujú si školenie a dokumentáciu pre optimálnu prevádzku a dosiahnutie požadovaného výstupu. Nesprávna prevádzka diaľkových senzorov môže poskytnúť nepresné údaje o výkone systému, čo môže viesť k zbytočným zmenám v systéme. Ich zložitosť tiež znamená, že nie sú nevyhnutne pripravené na použitie ihneď po vybalení z krabice a pred použitím môžu vyžadovať programovanie a ďalšie činnosti pred uvedením do prevádzky.

tags: #regulacne #prvky #rele #termostat #referat