Předmět je určen pro studenty třetího ročníku bakalářského studia fakulty strojní. Student by měl mít po absolvování tohoto předmětu základní znalosti o vybraných technických prostředcích potřebných pro realizaci řídicích systémů. Jsou to základní znalosti z oblasti snímačů a senzorů, řídicích systémů, a akčních členů a pohonů.
Na cvičeních se studenti seznamují se základními vlastnostmi senzorů a akčních členů formou měření přechodových a statických charakteristik s následným vyhodnocením naměřených dat s využitím výpočetní techniky a softwarové podpory (výstupem je 8 protokolů). Protokoly musí odevzdat do konce aktuálního semestru, jinak je nutné celý předmět absolvovat znovu.
Témata předmětu (přednášek)
- Seznámení s problematikou a obsahem studovaného předmětu, systémy řízení, měřicí obvod, měřicí řetězec, regulační a řídicí obvod, řídicí a diagnostický systém. Příklady a metodika návrhů měřicích a řídicích systémů.
- Statické a dynamické vlastnosti členů měřicích a řídicích obvodů (statická charakteristika, citlivost, přesnost, spolehlivost, přechodová a frekvenční charakteristika, dynamická chyba, identifikace dynamických vlastností, důvody identifikace, …).
- Snímače, senzory, čidla a převodníky (struktura, vlastnosti, rozdělení, pasivní a aktivní snímače). Převodníky A/Č a Č/A – rozdělení, vlastnosti, zapojení, využití, porovnání, převodníky v inteligentních senzorech, převodníky PWM.
- Principy snímačů – příklady pasivních snímačů: odporové, kapacitní, fotoelektrické, indukční, … . Měřicí a vyhodnocovací obvody pro zpracování signálů ze snímačů.
- Měření mechanicko-silových statických a dynamických veličin (poloha, rozměr, posunutí, otáčky, rychlost, zrychlení, síla, chvění, …).
- Měření tlaku a průtoků plynů a kapalin, výšky hladiny kapalin a sypkých materiálů a ostatních vybraných veličin.
- Měření tepelných veličin a tepla (principy, vlastnosti, kontaktní a bezkontaktní snímače, provedení, aplikace).
- Akční členy (DC/AC motory, krokové motory, lineární motory, synchronní a asynchronní motory, magnety, … ).
- Řídicí systémy PLC, Regulátory, IPC, … .
- SCADA/MMI systémy.
Přednášky poznámky:
CZ: P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9
Cvičení
- Bezpečnost práce.
- Nástroje pro zpracování naměřených dat z reálných úloh.
- Předvedení praktických úloh (funkce, požadavky, …).
- Protokol č. 1 (Vyhodnocení náhodných chyb při měření tlaku).
- Protokol č. 2 ( Fotoelektrické snímače).
- Protokol č. 3 (Součinitel odporu).
- Protokol č. 4 (IRC snímač – Statické charakteristiky).
- Protokol č. 5 (Zapojení teploměrů). Statická charakteristika PT100.
- Protokol č. 6 (Zapojení odporových snímačů), (Bezkontaktní měření teploty), podklady.
- Protokol č. 7 (TVM, Popis TVM).
- Změřte přechodové charakteristiky průtoku pro jednotlivé pracovní body systému.
- Vykreslete grafy pro jednotlivé průběhy.
- Definujte typ a parametry soustavy pro jednotlivé pracovní body.
- Vykreslete statickou charakteristiku systému.
- Zhodnoťte dosažené výsledky.
- Návrh měřicího řetězce.
- Odevzdání a konzultace k protokolům.
- Časová rezerva
- Zápočet.
Studenti kombinovaného studia zpracují rešerši daného tématu, jako náhradu za další praktická měření.
- Snímače pro měření polohy. (Urban)
- Snímače pro měření rozměrů.
- Snímače pro měření velkých posunutí.
- Snímače pro měření malých posunutí.
- Snímače pro měření otáček. ( Prokop)
- Snímače pro měření úhlu natočení. (Kubík)
- Snímače pro měření rychlosti.
- Snímače pro měření zrychlení.
- Snímače pro měření teploty.
- Snímače pro měření síly.
- Snímače pro měření chvění.
- Snímače pro měření tlaku.
- Snímače pro měření průtoků kapalin. (Symerský)
- Snímače pro měření průtoků plynů.
- Snímače pro měření výšky hladiny kapalin. (Pekařová)
- Snímače pro měření výšky hladiny sypkých materiálů.
- MEMs.
- Inteligentní senzory.
Rešerše bude rozsahu 5-10 stran v duchu technické zprávy. Formálně bude obsahovat (obsah, použité symboly a zkratky, závěr, použitou literaturu, na kterou budou v textu odkazy, princip snímače obrázek, způsoby vyhodnocení (matematický popis závislosti), nasazení, apod. )
Návrh měřicího řetězce
Vyberte si veličinu, pro kterou budete řetězec navrhovat a specifikujte jeho nasazení v technologii. Určete výslednou přesnost řetězce.
Rozsah semestrální práce: od 5 –10 stran.
Osnova semestrální práce:
- Zadání.
- Teoretický úvod.
- Označení měřicího místa dle normy.
- Blokové schéma.
- Specifikace použitých prostředků – základní technická data.
- Popis vazeb.
- Určení výsledné přesnosti.
- Závěr.
- Seznam použité literatury, na kterou jsou v práci odkazy.
Otázky
- Měřicí a regulační obvod, systém řízení (struktura, veličiny, značení, princip funkce, …).
- Základní pojmy teorie systémů a jejich aplikace v systémech řízení (prvek, systém, vazba, dekompozice, rozlišovací úroveň, …).
- Statická charakteristika (vlastnosti) měřicího členu, její nelinearity, měření a vyhodnocování, význam.
- Linearizace statické charakteristiky (regresní přímka, korelační koeficient, grafická metoda linearizace, …).
- Nejistoty měření (chyby měření – statické, dynamické, absolutní relativní, výsledné, třída přesnosti).
- Dynamické vlastnosti členů řídicích obvodů (způsob popisu, typy, …).
- Přechodová charakteristika senzoru a její identifikace (způsoby měření, parametry, příklady, …).
- Kmitočtová charakteristika měřicího členu a její význam (měření, příklady, …).
- I/O rozhraní řídicích systémů v průmyslu (typy vstupních/výstupních signálů, struktura a vlastnosti I/O rozhraní, analogové a diskrétní vstupní/výstupní kanály, příklad použití).
- Převodníky a digitalizace signálů (A/D, D/A, typy převodníků). Popis funkce způsobu převodů, přesnost, zpoždění převodu, … .
- Členy pro získání informace – rozdělení, struktura snímače, příklady.
- Jednoduché a vícenásobné měřicí členy (struktura, vlastnosti, mechanicko-deformační členy, kineticko-kinematické členy , příklady,…).
- Pasivní a aktivní snímače – rozdělení, vlastnosti, příklady.
- Snímače odporové – principy, rozdělení, vlastnosti, způsoby vyhodnocení, zapojení.
- Snímače indukční a indukčnostní – principy, rozdělení, vlastnosti, způsoby vyhodnocení, zapojení.
- Snímače fotoelektrické – principy, rozdělení, vlastnosti, způsoby vyhodnocení, zapojení.
- Snímače termoelektrické – principy, rozdělení, vlastnosti, způsoby vyhodnocení, zapojení.
- Metody a snímače pro měření rozměrů, posunutí a deformací.
- Metody a snímače pro měření teploty (plynů, kapalin, povrchové teploty těles).
- Metody a snímače pro měření tlaku (plynů, kapalin).
- Metody a snímače pro měření průtoků a rychlosti proudění.
- Metody a snímače pro měření výšky hladiny (kapalin, sypkých hmot).
- Metody a snímače pro měření rychlosti, zrychlení, otáček.
- Metody a snímače pro měření sil a krouticích momentů (statické, dynamické).
- Komunikační rozhraní (sériové, paralelní, obecný popis protokolu, RS232, RS485, ILAN, model ISO/OSI, … ).
- Rozdělení pohonů pro akční členy (vnitřní uspořádání, vysvětlení principu funkce, … ).
- Počítačová podpora při zpracování experimentálních měření (obecné uživatelské a speciální aplikační programy, příklady).
- Jednočipové počítače řady PIC (vnitřní uspořádání, příkazy, příklad aplikace).
- Inteligentní senzory (vnitřní struktura, funkce, komunikační rozhraní, …).
Literatura
SCHMID, Dietmar. Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. Přeložil Jiří HANDLÍŘ. Praha: Europa-Sobotáles cz., 2005. ISBN 80-86706-10-9.
BALÁTĚ, Jaroslav. Technické prostředky automatického řízení. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1986.
Odkazy
Technické prostředky, Snímače mechanických veličin, Snímače I, Výukový modul MaST, Průmyslové sítě, Převodníky, Měření energetických veličin, Aplikace praxe, Jednočipové procesory, Snímače, El. motory I, El. motory II, Nejistoty, Identifikace, Linearizace.