GRAFIČKO INŽENJERSTVO I DIZAJN Ispitna pitanja za predmet KONTROLA I UPRAVLJANJE GRAFIČKIM PROCESIMA 1. Digitalno upravljanje (otvorena petlja, zatvorena petlja, nezavisna, kaskadno upravljanje, direktno digitalno upravljanje) 2. Merenje protoka - osnovne veličine 3. Konstrukcija i eksploatacije senzora protoka 4. Princip rada koriolis protokomera, praktična realizacija koriolis masenih protokomera, način ugradnje i izbor koriolis protokomera 5. Princip rada indukcionih protokomera, uticaj provodljivosti merenog medija, način ugradnje i izbor indukcionih protokomera 6. Princip rada ultrazvučnih merača protoka, praktična realizacija ultrazvučnih merača protoka, način ugradnje i izbor ultrazvučnih merača protoka 7. Osnovni pojmovi i veličine u merenju nivoa i plovne kruške 8. Konduktivni detektori nivoa 9. Detektori nivoa na principu plovka 10. Detektori nivoa na principu ronila 11. Vibracione viljuške i šipke 12. Hidrostatski senzori 13. Senzori na principu plovka 14. Kapacitivni senzori nivoa 15. Otpornički senzori nivoa 16. Ultrazvučni senzori nivoa 17. Osnovni pojmovi i veličine u merenju pritiska 18. Princip rada merača pritiska i praktična realizacija 19. Elektromagnetni (indukcioni) merači pritiska 20. Pijezoelektrični merači pritiska 21. Kapacitivni merači pritiska 22. Pijezorezistivni merači pritiska 23. Bimetalni termometri 24. Otpornički merači temperature 25. Termoparovi 26. Asinhroni motori. Princip rada, karakteristike. 27. Frekventna regulacija. Princip rada, karakteristike. 28. Jednosmerni pogoni. Princip rada, karakteristike, regulacija. 29. Podela prekidača, prekidači i tasteri sa mehaničkom aktivacijom 30. Podela prekidača, kontrola dvostrukog tabaka i otvaranja sigurnosnog poklopca u zavisnosti od tipa kontakta (NO i NC) 31. Podela prekidača, induktivni i kapacitivni blizinski prekidači 32. Podela prekidača, fotoelektrični senzori i prekidači 33. Podela prekidača, napredni senzori i senzori vizije 34. Releji, vremenski releji, sklopke (kontaktori) 35. Analogni senzori položaja 36. Digitalni senzori položaja 37. Senzori brzine 38. Senzori sile, podela, namena, osobine 1 od 2
39. Senzori vlage, podela, namena, osobine 40. Određivanje relativne vlažnosti u papiru 41. Osnovna hardverska struktura PLC (namena. podela, karakteristike) 42. PLC - Analogni i digitalni ulazi i izlazi (analogni: A/D i D/A konverzija) 43. Tipovi programskih jezika za PLC, osnovni organizacioni koncepti, taskovi 44. Tipovi podataka i vrste promenljivih pri programiranju PLC 45. Tipovi instrukcija u programskom jeziku ST – osnovne karakteristike 46. Obrazloženje programskog koda za automatska vrata
2 od 2
2. Merenje protoka - osnovne veličine Protok je količina fluida, koja protekne kroz posmatrani poprečni presek za jedinicu vremena. Prema tome da li se količina fluida izražava preko zapremine ili mase razlikujemo: zapreminski protok
gde je Qv zapreminski protok, V zapremina proteklog fluida, d()/dt označava totalni diferencijal funkcije () po vremenu. maseni protok
gde je Qm maseni protok, m masa proteklog fluida, d()/dt označava totalni diferencijal funkcije () po vremenu. Prirodniji je maseni protok jer opisuje stvarnu količinu materije u kretanju. Zapreminski protok zavisi od gustine, pritiska, temperature materije, te od lokalne gravitacije. Maseni i zapreminski protok su vezani relacijom:
gde je sa ρ obeležena gustina (specifična masa) fluida. Ova jednačina je osnovna pri zapreminskom merenju protoka.
3. Konstrukcija i eksploatacije senzora protoka Konstrukcija i eksploatacija senzora protoka i količine zavise od metroloških osobina senzora i osobina fluida. Savremeni merači protoka i količine treba da zadovolje sledeće karakteristike: Visoka tačnost merenja. U inženjerskim aplikacijama tipična tačnost senzora protoka je ±1-2%, ali često je potrebna tačnost od ±0.1-0.5%. Visoka tačnost zavisi od metoda merenja i konstrukcione izvedbe senzora. Viskoa pouzdanost. Hemijska agresivnost i nečistoće fluida su glavni uzroci nedovoljne pouzdanosti. Korišćenjem indirektnih metoda merenja i konstrukciono dobro rešenih senzora ispunjavaju se zahtevi za visokom pouzdanošću. Nezavisnost rezultata merenja od gustine fluida. Ovaj zahtev se posebno postavlja kod merenja protoka gasova, jer njihova gustina zavisi od temperature i pritiska. Brzina odziva. Veća brzina odziva se zahteva kod merenja promenjivog protoka i u sistemima automatske regulacije. Metoda merenja i konstrukcione izvedbe senzora najviše utiču na brzinu odziva. Korisni merni opseg. Obično se izražava kao odnos Qmax/Qmin i kod savremenih koriolis senzora poprima vrednost 100. Vrsta mernog medija. Konstrukicone osobine senzora protoka I količine zavise od toga da li su namenjeni za merenje gasa, tečnosti ili smeše. Opseg merenja. Protok se meri u širokom opsegu i treba voditi računa da je tačnost merenja često u funkciji mernog opsega. Odnosno, tačnost kod nekih protokomera nije ista pri različitim vrednostima protoka. Različite vrste tečenja i tipova kanala. Tok fluida je laminaran, turbulentan ili kombinovan, a ostvaruje se u otvorenim ili zatvorenim kanalima. Različita delovanje okoline. Merenje protoka se vrši u širokom opsegu temperature od –2500C do +6000C.
4. Princip rada koriolis protokomera, praktična realizacija koriolis masenih protokomera, način ugradnje i izbor koriolis protokomera Koriolis senzor masenog protoka meri moment koji se javlja usled delovanja koriolisove sile, koja zavisi od protoka. Koriolisova sila (Fc) je inercijalna sila, koja nastaje pri složenom kretanju.
Preciznije, na Slici 1. prikazana je čestica mase m, koja se kreće od centra brzinom v, na disku, koji rotira ugaonom brzinom ω oko tačke 0. Na masu deluje cenripetalno ubrzanje ar intezitetom ω2r, u smeru suprotnom od smera kretanja čestice i ubrzanje normalno na pravac kretanja (Koriolisovo ubrzanje) at inteziteta 2ωv. Intezitet koriolisove sile, koja se dobija kao proizvod mase i ubrzanja je
Fc = 2mωv Isti efekat koriolisove sile se dobija i pri složenom kretanju dela tečnosti dužine Δx mase m, koja se kreće relativnom brzinom v u cevi koja se rotira oko centra 0 ugaonom brzinom ω, (Slika 2. )
Koriolis maseni protokomeri, mogu biti sa jednom ili dve cevi savijeni ili pravi. Sa stanovišta kvaliteta merenja (tačnost, ponovljivost i sl.) najbolje su se pokazali merači sa jednom savijenom cevi i dve merne petlje
Na tačnost merenja, odnosno obezbeđivanje pune tačnosti merenja prema specifikaciji proizvođača (podsećamo da su ovo danas poznati protokomeri sa najvećom tačnošću do 0.1%) utiču razni faktori,: Način ugradnje. Tip pumpe, odnosno promene protoka. Izbor senzora i njegovo konfigurisanje. Temperatura i pritisak kod zapreminskog protoka. Promene viskoznosti. Odsecanje protoka malog inteziteta. Dinamika ventila vezanih za protokomer (posebno pri doziranju). Način ugradnje. Senzor mora uvek biti napunjen homogenim jednofaznim gasom ili homogenom jednofaznom tečnošću jer će inače nastupiti greška merenja. Moraju se izbegavati velike temperaturne razlike između merenog fluida i okoline, da bi se sprečio dvofazni protok, što je posebno izraženo kod protoka niskog inteziteta. Kod nekih senzora moguće je dodatno dogrevati fluid, ali opšti princip je da se senzori moraju termički izolovati. Vazdušni mehurići - Izbegavati skupljanje velikih količina vazduha u senzoru, jer će to poremetiti merenje. Montaža - Da bi se izbeglo pražnjenje protokomera ili postojanje vazdušnih čepava, merna oprema mora biti postavljena na ravnom zidu ili metalnoj ploči. Vibracije - Da bi se obezbedio neometan rad izvora vibracija, koji se nalazi u protokomeru, a time i zadržala tačnost merenja, merač protoka se postavlja što je dalje moguće od izvora mehaničkih vibracija.
5. Princip rada indukcionih protokomera, uticaj provodljivosti merenog medija, način ugradnje i izbor indukcionih protokomera Indukcioni senzor protoka je elektromagnetni senzor, koji radi na principu Faradejevog zakona. Kao što je poznato, ovaj zakon kaže da se relativnim kretanjem provodnika i magnetnog polja (u našem slučaju pod pravim uglom) u provodniku indukuje napon-elektromotorna sila (EMS). Pomoću indukcionih merača protoka diretktno se mere brzina strujanja tečnosti, tj. zapreminski protok. Indukciono merenje protoka može se primenti za sve tečnosti koje se ponašaju kao provodnici, kao što su na primer, voda, razni vodeni rastvori, kiseline, živa itd. Za analizu uticaja provodljivost merenog medija na kvalitet merenja protoka, može poslužiti električni model na Slici
Na Slici 24. sa e je označena indukovana elektromotorna sila, Ue je napon na mernom pretvaraču, R je ekvivalentni otpor mernog pretvarača, Rm je otpornost merenog medija. Uticaj provodljivosti medija na merenje protoka indukiconom metodom može se zaokružiti preko sledećih praktičnih pravila: • Minimalna provodljivost 5μS/cm u kompakt verziji protokomera. • Minimalna provodljivost 20μS/cm za detekciju prazne cevi. • Minimalna provodljivost 30μS/cm za Ex verziju protokomera sa udaljenim pretvaračem. • Minimalna provodljivost 250μS/cm za merenje u toplovodnim instalacijam. • U provodnom fluidu sa magnetnim česticama, očekivan je prebačaj merenja od 1%. • Sadržaj vazduha manji od 5% u ukupnoj zapremini, daje srazmernu grešku merenja. • Sadržaj vazduha veći od 5% u ukupnoj zapremini, daje nesrazmernu grešku merenja i moguću nestabilnost. • Voditi računa o provodljivosti kabla, ako je senzor udaljen od pretvarača.
Način ugradnje. U nastavku su na slikovit način dati osnovni principi ugradnje indukcionih protokomera. Napominjemo da je reč o najvažnijim principima i da pojedini proizvođači mogu postaviti i neka dodatna ograničenja. Pri montaži indukcionih protokomera, postoje izvesna ograničenja i preporuke na položaj merača u cevovodu. Da bi se izbeglo nastajanje vazdušnih čepova, pri horizontalnoj montaži senzor treba da bude nisko u cevovodu.
Izbor senzora. U izbor senzora treba ugraditi tehnološko-tehnička znanje o procesu u okviru kojeg je potrebno izvršiti merenje. 1. korak Utvrditi vrednosti osnovnih parametara procesa koji su merodavni za izbor merača protoka, to jest: - maksimalni protok fluida koji će se javiti u eksploatacionim uslovima - maksimalni pritisak u sistemu - radnu temperaturu procesa 2. korak Na osnovu gore navedenih parametara korišćenjem tabele za dimenzionisanje merača protoka u uputstvu za upotrebu izabrati senzor koji najbolje zadovoljava eksploatacione uslove. Kod merača protoka tipa Magflow® odabir senzora se uglavnom svodi na dimenzionisanje prečnika samog senzora. Izbor se vrši tako što se sa poznatim granicama u kojima se kreće protok tečnosti u sistemu i vodeći računa da brzina tečnosti u sistemu treba da je između 0.5 i 10 m/s iz tabele određuje odgovarajući prečnik senzora. Ukoliko zahtevima korisnika odgovara više veličina prečnika, treba voditi računa o tome da su merači manjeg prečnika jeftiniji, ali da se kod njih javlja veći pad pritiska i obrnuto. Nakon toga se u zavisnosti od potreba korisnika vrši izbor varijante merača i konvertora signala.
6. Princip rada ultrazvučnih merača protoka, praktična realizacija ultrazvučnih merača protoka, način ugradnje i izbor ultrazvučnih merača protoka Ultrazvučni merači mere protok na osnovu interakcije toka fluida i ultrazvučnog talasa koji prolazi kroz fluid. Kod ove vrste merača na rezultate merenja ne utiče temperatura, gustina, pritisak ili provodljivost fluida. Koriste se za merenje protoka čistih tečnosti, ali se toleriše I prisustvo male količine gasa ili čvrstih čestica. Osnovne prednosti ovakvog načina merenja protoka i fizičko-tehničkih karakteristika ultrazvučnih senzora su da • Imaju tačnost do 0.5% merenog protoka. Imaju merni opseg od 0-45000 m3/h u senzorskoj izvedbi. • Prave se u veličinama od DN 50 do DN 4000 (SONOKIT). • Mogući temeperaturni opseg merenog medija je od –400C do +2000C. • Praktično neosetljivi na promene teperature, gustine, pritiska provodljivosti fluida. • Ne remete tok fluida, moguća je instalacija pod pritiskom, bez zaustavljanja procesa. Od više poznatih metoda ultrazvučnog merenja protoka u upotrebi su najčešće tri, i to metodi koji su zasnovani na merenju: - vremena prolaza talasa kroz fluid - promene faze talasa - promene frekvencije talasa Princip rada: Brzina prostiranja ultrazvuka c u fluidu koji miruje je poznata za dati fluid. Međutim, ako se fluid kreće kroz cevovod brzinom v, ukupna brzina prostiranja ultrazvuka biće određena vektorskim zbirom ove dve brzine,c+v. Krećući se od tačke A do tačke B, to jest nizvodno (Slika 1.), ultrazvučni talas ima brzinu c + v*cosθ, dok u suprotnom smeru brzina iznosi c - v*cosθ.
Praktična realizacija merača: Merač se sastoji od dva para prijemnika/predajnika zvučnog talasa (tzv. transdjuseri) postavljenih paralelno jedan pored drugoga, pod uglom θ u odnosu na osu cevi kroz koju protiče fluid. Istovremeno oba para emituju ultrazvučni talas, jedan par nizvodno a drugi uzvodno. Ovi talasi stižu do naspramnih transdjusera u različitim vremenskim trenucima, kao što je objašnjeno pri razradi principa rada ovih uređaja. Transdjuseri su povezani sa tzv. konvertorima signala koji sadrže mikroprocesorku jedinicu. Ovde se vrši merenje vremenske razlike u pristizanju uzvodnog i nizvodnog ultrazvučnog talasa. Merenjem ove vremenske razlike, kao što je pokazanao, uz odgovarajući kalibracioni faktor, koji se određuje eksperimentalno pri kalibraciji instrumenta, izračunava se zapreminski protok tečnosti. Način ugradnje i izbor ultrazvučnih merača protoka: Na tačnost merenja, odnosno obezbeđivanje pune tačnosti merenja prema specifikaciji proizvođača (podsećamo da proizvođač propisuje tačnost do 0.5%) utiču razni faktori, kao na primer: • Način ugradnje. • Tip pumpe, odnosno promene protoka. • Dinamika ventila vezanih za protokomer (posebno pri doziranju). • Izbor senzora i njegovo konfigurisanje. • Temperatura i pritisak kod zapreminskog protoka. • Promene viskoznosti. • Odsecanje protoka malog inteziteta. Jasno je da se sa stanovišta korisnika ne može uticati na sve ove faktore, zato je naglasak dat na subjektivnim faktorima: načinu ugradnje i izboru senzora. No, važno je voditi računa i o ostalim činiocima i njihovom značaju. Pri montaži ultrazvučnih merača protoka postoje izvesna ograničenja I preporuke za položaj merača u cevovodu. Tako na primer za ultrazvučni merač Danfos Sonoflow®, preporuka je da merač bude barem 10×Di (unutrašnjih poluprečnika senzora) iza krivine u cevovodu. Za pumpu ovo rastojanje iznosi najmanje 20×Di a za suženje cevovoda (ventili, prigušnice i sl.) najmanje 40×Di. Rastojanje do pumpe, ventila ili krivine u cevovodu iza merača ne bi trebalo biti manje od 3×Di, Montaža: Da bi se izbeglo postojanje vazdušnih čepova, pri horizontalnoj montaži sensor treba da bude nisko u cevovodu.
7. Osnovni pojmovi i veličine u merenju nivoa i plovne kruške Nivo je visina tečnog ili usitnjenog (sipkastog, praškastog) materijala u posudi. Nivo radnog medija je tehnološki parametar, pa je informacija o njemu neophodna za kontrolu rada tehnoloških aparata, a u nizu slučajeva i za upravljanje tehnološkim procesima.
Jedinica nivoa. Iz definicije nivoa proizilazi da je merenje nivoa, zapravo, merenje rastojanja, odnosno debljine. Shodno tome, nivo se izražava u jedinicama dužine. Merenje nivoa usitnjenog materijala, kao što je ugalj, brašno, žito, cement I drugo, sa tehničkog aspekta značajno se razlikuje od merenja nivoa tečnosti jer nivo takvih materijala najčešće nije horizontalan. Za tačno merenje neophodno je poznavanje načina kretanja materijala, veličine I oblika zrna, načina punjenja i pražnjenja, kao i oblika rezervoara. Merenje količine (zapremine) tečnog i usitnjenog materijala u rezervoaru vrši se na osnovu informacija o nivou. Zbog promenljivog poprečnog preseka rezervoara zapremina je data integralnom jednačinom:
Metode merenja nivoa mogu se podeliti u dve grupe. • U prvu grupu spadaju metode detekcije nivoa; • U drugu grupu spadaju kontinualne metode merenja. Detektori nivoa markiraju kritične vrednosti nivoa, kao što su minimalna ili maksimalna vrednost. Senzori koji rade na ovom principu služe za signalizaciju alarma (prepunjen ili prazan rezervoar): -
Plovne kruške, Konduktivni detektori, Detektori nivoa na principu plovka ili ronila, Vibracione viljuške, Vibracione šipke.
Plovne kruške: Plovak plovne kruške je loptastog oblika, prečnika 80 -120 mm. Pluta na površini tečnosti čiji se nivo meri. Različit položaj plovka utiče na kretanje magnetne kuglice u plovku, čije granične položaje registruje read relej.
Način ugradnje plovnih kruški: Ugradnja je vrlo jednostavna i vrši se samo polaganjem plovka na površinu tečnosti čiji nivo se meri. Podešavanje histerezisa uključenja/isključenja vrši se regulisanjem rastojanja između tega i plovka plovne kruške, pri čemu ono ne može biti manje od 150 mm. Praktična primena plovnih kruški je pri detekciji nivoa od pijaće vode do kanalizacije, zaštita pumpi od rada na suvo kao i kontrola rada pumpi pri procesu punjenja odnosno pražnjenja rezervoara. Plovne kruške imaju mogućnost direktne kontrole pumpi snage do 1.1KW.
8. Konduktivni detektori nivoa Konduktivni detektor nivoa baziran je na principu detekcije provodnosti. Naime, detektuje se provodnost između dva ili više provodnika zaronjena u tečnost. Sa obzirom na sam princip rada mogu se primenjivati samo kod tečnosti sa minimalnom provodnošću od 2x10-5 S/cm. Izrađuju se u dve verzije: kompaktna izvedba sa dva nezavisna prekidača i sa odvojenom sondom i kontrolerom sa prekidačima. Način ugradnje konduktivnih detektora nivoa. Pri procesu ugradnje konduktivnih detektora nivoa potrebno je obratiti pažnju na provodnost zida rezervoara tečnosti čiji nivo se detektuje. U slučaju konduktivnih detektora kod rezervoara sa provodnim zidom, jedna sonda se kratko spaja sa zidom rezervoara. Kod rezervoara sa neprovodnim zidom obe sonde se zaranjaju u tečnost čiji se nivo detektuje.
9. Detektori nivoa na principu plovka Plovak je loptastog oblika, prečnika 80 -200 mm. Pliva na površini tečnosti čiji se nivo meri. Mehaničkom vezom položaj plovka prenosi se na kazaljku ili senzor ugaonog pomeraja (read relej). Praktična realizacija detektora nivoa sa plovkom: Plovak je smešten uz zid rezervoara ili u posebnoj komori sa spoljašnje strane rezervoara (Slika 6.). Minimalni opseg za ove senzore je od 0 do ±10 mm, maksimalni od 0 do ±200 mm, a tipična tačnost je ±1.5% merenog opsega. Za veće opsege na plovak se privezuje protivteg. Konstrukcioni parametric plovka proračunavaju se tako da se obezbedi ravnotežno stanje na određenoj dubini
gde su F i Fp težine protivtega i plovka [N], S površina poprečnog preseka plovka [m2], h1 dubina do koje je potopljen plovak [m], ρt gustina tečnosti čiji se nivo meri [kg/m3].
Način ugradnje detektora sa plovkom Postoje izvedbe detektora sa plovkom za montažu sa strane ili od gore. U oba slučaja postoji mogućnost fiksnog ili podesivog histerezisa, pri čemu je potrebno voditi računa o minimalnom histerezisu koji u slučaju detektora sa plovkom mora da postoji. Pričvršćivanje detektora sa plovkom je moguće primenom kvadratnih, standardnih prirubnica ili 2’ navoja. Detektori sa plovkom imaju veliku primenu u elektranama, hemijskoj i petrohemijskoj industriji.
10. Detektori nivoa na principu ronila Detektori nivoa sa ronilom rade na principu sile uzgona, tj. Arhimedovog zakona. Ronilo je obično štap cilindričnog oblika i na gornjem kraju pričvrćeno je za senzor sile. Ronilo je napravljeno od materijala gustine ρ, koja je veća nego što je gustina tečnosti ρt, ima dužinu L približno jednaku mernom opsegu
Zbog sile uzgona Fu, težina ronila Fg se smanjuje, pa senzor sile detektuje
odakle proizilazi da je mereni nivo proporcionalan sili F:
Negativni predznak koeficijenta k2 ukazuje da prilikom porasta nivoa dolazi do smanjivanja detektovane sile F i obrnuto. Maksimalna vrednost sile F je pri h=h0 i tada je F=k1/k2=Fg. Da ronilo ne bi dodirivalo dno, h0>0.
11. Vibracione viljuške i šipke Princip rada vibracionih viljuški i šipki Spadaju u grupu najjednostavnijih senzora merenja nivoa. Vibracione viljuške i šipke rade na principu praćenja promene rezonantnih karakteristika senzora. Praktična realizacija vibracionih viljuški i šipki Vibracija viljuške ili šipke dovodi do komešanja medija čiji se nivo meri. Očitavanjem rezonantnih karakterisitika viljuške dolazi se do informacije da li je viljuška zaronjena ili ne. Izrađene su bez pokretnih delova, sa mogućnošću samoprečišćavanja u gotovo svim sredinama. Primer instalacija vibracionih viljušaka
12. Hidrostatski senzori Princip rada hidrostatskih senzora nivoa Princip rada ovih senzora zasniva se na primeni Paskalovog zakona, pomoću kojeg se izračunava vrednost pritiska p u mirnom i homogenom fluidu gustine ρ, na dubini h:
Postoje tri tipa hidrostatskih senzora. • Prvi tip izrađuje se kao sensor relativnog pritiska koji meri pritisak stuba tečnosti na dnu rezervoara • Drugi tip se pravi kao senzor diferencijalnog pritiska, što je pogodno za zatvorene rezervoare, kod kojih se iznad tečne faze nalazi gasna faza pod pritiskom • Kod trećeg tipa hidrostatskog senzora ubacuje se vazduh pod pritiskom. Kada se pritisak vazduha izjednači sa hidrostatskim pritiskom, na dnu rezervoara izlaze mehurići. Višak vazduha odlazi u okolinu, a vazduh u povratnom impulsnom vodu ima pritisak proporcionalan merenom nivou.
Drugi tip hidrostatskih senzora nivoa izvodi se najčešće u dve varijante: • hidrostatičko utopni senzor nivoa i • hidrostatički senzor nivoa. Način ugradnje hidrostatičkih senzora Hidrostatičko utopni senzori nivoa se primenjuju pre svega kod merenja nivoa u cevima ili rezervoarima malog prečnika. Hidrostatički senzori se primenjuju za merenje nivoa većine fluida u rezervoarima i tankovima, kod hemikalija sa gustim isparenjima ili gasom iznad površine, kod penušavih tečnosti, viskoznih ili korozivnih maretijala.
13. Senzori na principu plovka Princip rada senzora nivoa sa plovkom Plovak je valjkastog oblika, prečnika 80 -200 mm, postavljen da klizi po fiksnoj sondi. Promenom nivoa tečnosti menja se i položaj plovka na fiksiranoj sondi. Promena položaja plovka se registuje na različite načine. Tačnost senzora zavisi od načina registracije položaja plovka. Praktična realizacija senzora nivoa sa plovkom U zavisnosti od načina registrovanja položaja plovka na fiksiranoj sondi razlikujemo dva osnova tipa senzora: • Senzori nivoa kod kojih kretanje plovka utiče na promenu otpornosti kontrolnog provodnika u fiksiranoj sondi. U plovku se nalazi magnet čije kretanje duž fiksirane sonde registruju read releji raspoređeni unutar sonde i menjaju otpornost kontrolnog provodnika. • Senzori nivoa kod kojih kretanje plovka utiče na promenu rezonantnih karakteristika unutar fiksirane sonde. Ovakve senzore nazivamo magnetostriktivnim senzorima nivoa. Način ugradnje senzora nivoa sa plovkom Senzori nivoa sa plovkom ugrađuju se kod normalnih i zapaljivih tečnosti gde se ne mogu primeniti kapacitivni i ultrazvučni senzori zbog gustih isparenja i pena.
14. Kapacitivni senzori nivoa Princip rada kapacitivnih senzora nivoa Prave se kao pločasti ili cilindrični kondenzatori, između kojih se nalazi tečnost čiji se nivo meri. Tečnost može biti provodna ili neprovodna. Neprovodne tečnosti imaju specifičnu provodnost manju od 10-6 S/cm2. Praktična realizacija kapacitivnih senzora nivoa Metalne elektrode kapacitivne sonde fiksirane su pomoću zaptivača od izolatorskog materijala i potopljene u tečnost do visine h, a ostatak prostora između elektroda H-h ispunjen je gasnom fazom.
Način ugradnje kapacitivnih senzora Pri ugradnji kapacitivnih senzora potrebno je pre svega obratiti pažnju na mesto postavljanja senzora. Naime, senzor ne sme biti izložen mehaničkim udarima. Uzastopne vibracije senzora mogu dovesti do greške pri merenju.
15. Otpornički senzori nivoa Princip rada otporničkih senzora nivoa Otpornički senzori nivoa rade na principu promene otpornosti provodnika sa promenom njegovih dimenzija. Praktična realizacija otporničkog senzora nivoa Sastoje se od zategnute metalne trake i otporničke žice. Ispod površine provodne tečnosti ili sipkastog materijala, traka i žica su u kratkom spoju.
Otpor u petlji iznad površine proporcionalan je merenom nivou
gde su A poprečni presek otpornika i ρ specifični otpor materijala od kojeg je napravljen otpornik. Za neprovodne tečnosti upotrebljava se isti senzor, pri čemu su traka i otpornik obavijeni elastičnom folijom, koja služi kao dobra izolacija od hemijske agresije tečnosti, ali i kao membrana koja detektuje hidrostatski pritisak. Membrana se projektuje tako da bude osetljiva na mali bočni pritisak. Čim je pritisak veći od 100 Pa, traka i otpornik su u kratkom spoju. Otpor u petlji iznad površine proporcionalan je merenom nivou.
16. Ultrazvučni senzori nivoa Princip rada ultrazvučnih senzora nivoa Odbijanje zvučnih, ultrazvučnih i mikrotalasnih zračenja od razdelne površine između dva fluida efikasno se primenjuje u tehnici merenja nivoa. Nivo je proporcionalan vremenu T za koje talas pređe od izvora do prijemnika zračenja:
gde je ν brzina zvučnih talasa u mernom mediju. Praktična realizacija ultrazvučnih senzora nivoa Kao izvor ultrazvuka uzima se kvarcni ili keramički pijezoelement, koji se pobuđuje električnim impulsima frekvencije oko 30 KHz. Vreme prelaza impulsa u mernom kanalu je:
Vreme odbijanja impulsa od razdelne površine medija čiji se nivo meri proporcionalno je rastojanju razdelne površine od senzora. Ultrazvučnim senzorom moguće je meriti i udaljenost razdelne površine između dva fluida koji se ne mešaju.
Način ugradnje ultrazvučnih senzora Pri ugradnji ultrazvučnih senzora kod tečnosti i sitnozrnastih materijala potrebno je obraditi pažnju da senzor registruje nivo najmirnijeg dela razdelne površine, kao i pravilno usmeravanje ultrazvučnog snopa
17. Osnovni pojmovi i veličine u merenju pritiska Jedinica za pritisak koju propisuje SI sistem je Paskal (Pa) i definiše se kao sila od 1 N koja ravnomerno deluje na površinu od 1 m2. Medjutim, kako je ova jedinica veoma mala, u upotrebi je najčešće jedinica bar, koja je dopuštena SI sistemom i iznosi 105 Pa. Razlikuju se tri kategorije merenja pritiska: • merenje apsolutnog pritiska kao razlike pritiska u određenoj tački fluida i pritiska apsolutne nule, koji ima vacuum • merenje atmosferskog (barometarskog) pritiska • merenje diferencijalnog pritiska kao razlike pritisaka u različitim tačkama fluida Merni opseg. Pritisak se meri u opsegu od 0 do 1010 Pa. S obzirom na usvojene kategorije pritiska u tehničkoj praksi, pritisak se najčešće meri u četiri oblasti kako to prikazuje Slika 1: 1 - oblast niskog apsolutnog pritiska odnosno tehničkog vakuuma (10-10 - 100 Pa) 2 - oblast barometarskog pritiska 3 - oblast malih diferencijalnih pritisaka u odnosu na atmosferski, potpritiska p-pa<0 i natpritiska p-pa>0 u opsegu 0 - 2500 Pa 4 - oblast visokog relativnog pritiska (natpritiska) (0 -1010 Pa).
18. Princip rada merača pritiska i praktična realizacija Struktura merača Struktura merača pritiska prikazana je na slici isdpod. Elastični (deformacioni) element pretvara pritisak p ili razliku pritisaka Δp u silu F usled koje dolazi do deformacije - pomaka Δx. Sila ili pomak pretvaraju se u narednom element u električni signal. Uređaj za normalizaciju električnog izlaznog signala daje standardni naponski ili strujni signal.
Pretvarač deformacije u električni izlaz Većina merača pritiska ima primarni elemenat u vidu membrane, meha ili Burdonove cevi. Od karakteristika ovog elementa zavise merni opseg, prirodna frekvencija i osetljivost senzora. Prema načinu pretvaranja deformacije (sile) u električni izlaz razlikuju se elektromagnetni (indukcioni), pijezoelektrični, kapacitivni i pijezorezistivni merači pritiska.
19. Elektromagnetni (indukcioni) merači pritiska Detekcija deformacije primarnog elementa kod ovih merača vrši se pomoću elektromagnetnih senzora pomeraja. Najčešće se primenjuje indukcioni detektor sa relativnim pomerajem jezgra i jednim namotajem. Promena induktivnosti pretvara se u električni signal pomoću mosne šeme ili oscilatora. Indukcioni merač diferencijalnog pritiska pravi se sa dva identična namotaja, između kojih se pomera metalna membrana menjajući pritom otpor magnetnog kola.
Slika Elektromagnetni merači pritiska: a) indukcioni, b) diferencijalni indukcioni, c) LVDT merač pritiska
Praktične poteškoće kod primene ovih senzora nastaju zbog otežane temperaturne kompenzacije. Zavisnost permeabilnosti od temperature samo je ponekad moguće odstraniti adekvatnim izborom temperaturnih karakteristika materijala od kojih su napravljeni namotaji i jezgro merača. Bliskost magnetnih objekata i polja nepovoljno se odražava na rad merača. Pored ovoga, loše osobine su: isključivo naizmenično napajanje sa frekvencijom 0.05 - 30 kHz, potreba da se mosna šema balansira otporničkim i induktivnim elementima, velike dimenzije, mali frekventni opseg (50 – 1000 Hz), te pojava greške zbog trenja između jezgra i vođica. Dobre osobine ovih merača su: mogućnost statičkih i dinamičkih merenja, visok odnos signal/šum, kontinualno merenje, visoka vrednost izlaza, izlazni signal fazno modulisan i tako pripremljen za prenos na daljinu. Merni opseg je od 1000 Pa do 108 Pa, tipična tačnost ±5%, histerezis ±0,2%, dozvoljeno preopterećenje i do šest puta veće od maksimalne vrednosti.
20. Pijezoelektrični merači pritiska Postoje dva tipa ovih merača. Kod prvog tipa sila preko deformacionog elementa deluje na pijezoelektrik, na kome se javlja električni napon (Slika 5a.). Pomoću pojačivača napona dobija se izlazni signal, proporcionalan merenom pritisku. Kod drugog tipa pijezoelektrik se pravi u formi mehaničkog oscilatora, čija se rezonantna frekvencija menja u skladu sa merenom silom, odnosno pritiskom. Jedan od mogućih oblika rezonatora prikazan je na Slici 5b. Bitan zahtev je da oscilujuća gredica bude napravljena od jedinstvenog komada pijezoelektrika, i da izolacionom masom bude odvojena od kućišta. Pobuđivanje gredica na oscilovanje s rezonantnom frekvencijom ostvaruje se pomoću posebnog oscilatora. Odziv gredice na ovu pobudu prikazan je na Slici 5c.
Loše osobine pijezoelektričnih merača pritiska su visoka temperaturna osetljivost, uticaj dužine kablova na izlaz, osetljivost na poprečne oscilacije, visoka izlazna impedansa i nemogućnost statičkih merenja. Dobre osobine ovih merača su male dimenzije, kompaktnost i visokofrekventna propusnost sa zanemarljivim faznim pomakom.
21. Kapacitivni merači pritiska Princip rada ovih merača pritiska prikazuje slika 6. Kao deformacioni element koristi se metalna ili silikonska membrana koja ima ulogu jedne od elektroda kondenzatora. Drugu elektrodu, koja je stacionarna, najčešće čini metalni sloj koji se nanosi na keramičku ili staklenu podlogu. Pod dejstvom pritiska dolazi do ugibanja membrane, čime se menja zapremina dielektričkog prostora između elektroda a time i kapacitivnost kondenzatora (Slika 6a.). Promena kapacitivnosti se posredstvom elektronskih elemenata pretvara u odgovarajući izlazni signal (strujni ili naponski) koji prenosi informaciju o pritisku u fluidu do uređaja za upravljanje i nadzor.
22. Pijezorezistivni merači pritiska Ovaj tip merača je danas najčešće u upotrebi. Pijezorezistivni efekat je pojava promene električne otpornosti pri delovanju neke deformacione sile. Pijezorezistivni materijali se pričvršćuju na membranu koja se pod delovanjem sile (pritiska) deformiše i na taj način se menja električna otpornost materijala pričvršćenog na membranu. Osetljivost ovakvog uređaja usko je povezana za veličinu nazvanu deformacioni faktor (strain gage factor) koja karakteriše primenjeni pijezorezistivni materijal a definiše se na sleeći način:
• •
R električna otpornost, ΔR njena promena a ε linearni stepen deformacije dat kao ΔL/L, odnosno odnos promene dužine i prvobitne dužine provodnika.
Materijal kod koga je pijezorezistivni efekat veoma izražen je silikon, pa se on najčešće primenjuje za izradu pijezorezistivnih merača pritiska. Silikonski elementi mogu se pričvršćivati na membrane upotrebom nekog vezivnog sredstva, ali se tada mogu javiti problemi vezani za histerezis ili plastičnu deformaciju vezivnog materijala. Zbog toga se mnogo češće koristi postupak nanošenja silikona na membranu putem difuzije, bez korišćenja vezivnog sredstva. Napredak tehnologije mikročipova omogućava proizvodnju pijezorezistivnih merača pritiska u koje su integrisani elektronski sklopovi veoma malih dimenzija koji vrše pretvaranje promene električne otpornosti usled deformacije u odgovarajući izlazni (strujni ili naponski) signal.
23. Bimetalni termometri Bimetalni senzori temperature prave se u obliku trake, spirale ili helikoide od dva sloja različitih metala, na primer invar-mesing, invar-čelik i dr. Zbog različitih koeficijenata linearnog širenja pri porastu temperature bimetalna traka se savija na stranu metala sa manjim koeficijentom linearnog širenja. Raširena je upotreba bimetalne trake u gradnji termostata za temperature u oblasti − 30 oC do 300 oC.
Slika. Bimetalni senzor temperature: a) bimetalna traka, b) bimetalna spirala, c) thermostat
24. Otpornički merači temperature
Slika . Konstrukcija metalnog termootporni~kog senzora
29. Podela prekidača, prekidači i tasteri sa mehaničkom aktivacijom - PREKIDAČI SA MEHANIČKOM AKTIVACIJOM (KONTAKTNI) – granični -
-
prekidači BEZKONTAKTNI PREKIDAČI- detektori položaja a) blizinski prekidači: 1. induktivni 2. kapacitivni b) fotoelektrični detektori: 1. prijemnik – predajnik (trough beam) 2. reflektivni 3. difuzni VIZUELNI DETEKTORI- kontrola i pozicioniranje NAPREDNI “SMART” DETEKTORI- kontrola i pozicioniranje kombinacijom više metoda
Karakteristike prekidača sa mehaničkom aktivacijom
-
-
-
ODABIR PREKIDAČA SE VRŠI: TIP ZAŠTITNOG KUĆIŠTA – metalno ili plastično (udarci, voda, ulje, prašina...) – RADNI USLOVI, željeni stepen IP zaštite TIP KONTAKTA – mehaničkim otvaranjem ili zatvaranjem se vrši kontrola napajanj a) NO – normalno otvoren (ne provodi dok je neaktivan) b) NC – normalno zatvoren (provodi dok je neaktivan) c) podeljeni kontakti d) podesivi zazor između kontakata e) kontakti sa jednim ili više izlaza f) poluprovodnički kontakti BROJ STABILNIH POLOŽAJA KONTAKTA - MONOSTABILNI - BISTABILNI (samodržeći) VRSTE AKTUATORA - kuglica - točkić - dugme - poluga - jednosmerni palac - prebacivač - opruga - kombinacije NAČIN MONTAŽE: ugradnja (pravilna, nepravilna) NAMENA: aktivacija sa metalnim objektima, plastičnim TIP NAPAJANJA: AC, DC, 1A, 2A, 5A, 10A, 15A...
30. Podela prekidača, kontrola dvostrukog tabaka i otvaranja sigurnosnog poklopca u zavisnosti od tipa kontakta (NO i NC) - VIZUELNI detektori – kontrola proizvodnje i precizno pozicioniranje (kamera i pojačavač + snop svetlosti, kontroler, sočivo) - prepoznavanje oblika u gray scale spektru (do 256 nivoa kontrasta) - poređenje uzoraka - provera pravilnog pozicioniranja (obrnuti ili označeni predmeti, nepravilno zalepljeni, dvostruko nalepljeni) - potvrda identičnosti štampe - provera dimenzija objekata, inspekcija položaja objekata u prostoru, segmenti sklopa pri montaži - VIZUELNI detektori – kontrola proizvodnje i precizno pozicioniranje (kamera i pojačavač + snop svetlosti, kontroler, sočivo) - detekcija oznaka na IC kolima - detekcija orjentacije - položaj komponente na štampanoj ploči - detekcija prljavštine, loma, oštećenja - sve sa kontrolom i boja, RGB filter, 8 boja na jednoj sceni, brzina očitavanja slike . maksimum do 8.3ms, vidljivo polje kamere: 20 x 20mm ili 50 x 50mm, pamćenje do 35 scena (oblika) u gray scale režimu, ili 16 scena u kolor varijanti
31. Podela prekidača, induktivni i kapacitivni blizinski prekidači BLIZINSKI PREKIDAČI – detektori položaja Induktivni – namotaji oko feritnog jezgra u glavi senzora. Napon visoke frekvence generiše oscilatorno magnetno polje. Prolaskom metalnog objekta stvara se struja u objektu, te usled transformatorskog efekta se smanjuju oscilacije, a na dovoljno bliskom rastojanju i prestaju. Zbog primene EM polja moguć rad u sredinama sa prisustvom vode, ulja, prašine... Oklopljeni senzori usmeravaju snop EM polja na čeonu površinu senzora, smanjen domet neoklopljeni senzori, značajno veći domet, nemoguća montaža u ravni sa metalnom površinom. Kapacitivni – u glavi senzora su postavljene pločaste elektrode. Formira se elektrostatičko polje između elektode i zemlje. Kada se objekat nađe u blizini senzora povećava se kapacitivnost elektrode. Detekcija metalnih i nemetalnih objekata, u teškim uslovima rada (vlaga, reagensi) Imaju AC ili DC napajanje Granična osetljivost, od 0.3 do čak 25mm, zavisno od izvedbe i primene Primena: - detekcija nivoa i prisustva tečnosti - brojanje u konvejerima - nivo korozivni tečnosti, bez obzira na penu
32. Podela prekidača, fotoelektrični senzori i prekidači FOTOELEKTRIČNI senzori- detektori 1.Prijemnik – predajnik – predajnik emituje svetlost koju detektuje prijemnik. Objekat prolaskom preseca svetlosni snop. Nije osetljiv na boju, teksturu ili sjaj objekta. Sensing distanca – rastojanje prijemnik predajnik: u zavisnosti od izvedbe od nekoliko mm do 50m 2. Reflektivni – prijemnik i predajnik su u istom kućištu, a snop svetlosti se odbija o reflektujuću površ. Objekat prolaskom preseca svetlosni snop. Jedno mesto za ožičenje. Sensing distanca – rastojanje prijemnik predajnik: u zavisnosti od izvedbe od nekoliko mm do 50m Centriranje – bitno je da reflektor vraća snop svetlosti 3. Difuzni – prijemnik i predajnik su u istom kućištu, a snop svetlosti se odbija o objekat. Objekat prolaskom preseca svetlosni snop. Jedno mesto za ožičenje. Uticaj boje na domet. Sensing distanca – rastojanje senzor objekat Primena: - detekcija objekata, inspekcija sadržaja, pozicioniranje - detekcija na velikoj razdaljini - detekcija minijaturnih objekata i rasporeda objekata - detekcija providnih objekata - detekcija objekata bez obzira na boju, materijal, vel. - detekcija sjajnih objekata - detekcija oznaka i razlika u boji - detekcija nivoa tečnosti i razlike nivoa
33. Podela prekidača, napredni senzori i senzori vizije.
Napredni "SMART" senzori ‐ detekcija visine, dužine, prečnika ili razmaka dvostrukim fotoelektričnim snopom ‐ detekcija ekscentričnosti, zakrivljenosti nivoa kontrolom stepena refleksije zraka ‐ detekcija oblika reljefa, debljine ili položaja elektronskih komponenti pomeranjem kontrolne glave duž vertikalne ose. ‐ detekcija rastojanja, udubljenja, ispupčenja, vibracija promenom frekvencije oscilovanja glave senzora (metalni objekti)
VIZUELNI detektori .ontrola proizvodnje i precizno pozicioniranje (kamera i pojačavač + snop svetlosti, kontroler, sočivo) ‐ prepoznavanje oblika u gray scale spektru (do 256 nivoa kontrasta) ‐ poređenje uzoraka ‐ provera pravilnog pozicioniranja (obrnuti ili označeni predmeti, nepravilno zalepljeni dvostruko nalepljenL ‐ potvrda identičnosti štampe ‐ provera dimenzija objekata, inspekcija položaja objekata u prostorX ‐ detekcija prljavštine, loma, oštećenja ‐ sve sa kontrolom i boja, RGB filter, 8 boja na jednoj sceni, brzina očitavanja slike maksimum do 8.3ms, vidljivo polje kamere: 20 x 20mm ili 0 x 50mm, pamćenje do 35 scena (oblika) u gray scale režimu, ili 16 scena u kolor varijanti.
34. Releji, vremenski releji, sklopke (kontaktori) Namena releja u kolu: - slab upravljački signal se koristi za kontrolu mnogo većih (radnih) napajanja - odvajanje (sigurnosna zaštita) upravljačkog dela od izlaznog kola - daljinski prekidač - razdvajanje DC i AC kola - komandni napon, potrošnja, max. struja, izlazna struja, izlazni napon Tipovi releja - elektromagnetni (elektromehanički releji) - solid state releji (poluprovodnički) - rid releji (magnetno dejstvo na kontakte grupa bezkontaktnih prekidača) Namena vremenskih releja u kolu: - isto kao i kod običnih releja, jedino se odgovarajućim tipom vremenskog zatezanja određena dodatna funkcija
postiže
Tipovi releja - ON delay (signal se prosleđujetek kada protekne odgovarajuće vremensko zatezanje-kašnjenje) - Flicker ON (naizmeničan rad, ON OFF) - Interval (magnetno dejstvo na kontakte) Brojači, tajmeri, sklopke (kontaktori) ...
35. Analogni senzori položaja
Otpornički: l/L = r/R = Ui/U Sastoji se od otpornika i pokretnog kontakta. Minimalni pomeraj pri prelaženju sa žice na žicunamotaja otpornika. Mogu biti sa žičanim ili poluprovodničkim slojem (kvalitetniji, precizniji,dugotrajniji 30x). Max. rezolucija senzora: 0,025mm, tačnost 1% mernog opsega. Kapacitivni: Kod malih pomeraja se menja razmak između ploča (npr. merenje hrapavosti). Pomeraj je redaveličine od 0,1 do 1mm a rezolucija 0,01 mikrometar. Za veće pomeraje se vrši relativno kretanje ploča kondenzatora između dielektrika. Max. rezolucija 1 mikrometar, tačnost 20,01%,nema nečistoća i trenja. Induktivni: Radi na principu feromagnetnog pomeranja u kalemu i promene induktivnosti. Mali pomeraji od 1 do 50m, tačnost 0,5% opsega. Linearni Specijani tip transformatorskog elektromagnetnog senzora - INKREMENTALNI enkoder visoke rezolucije. Primarni (lenjira) i sekundarni (klizača) namoaj.Naizmenični napon visoke frekvencije napaja namotaj lenjira, a na namotajima klizača segenerišu naponi koji su u zavisnosti od položaja u odnosu na skalu min ili max. Rezolucija 2 mikrometra. Laserski daljinometri: Koriste se za veće pomeraje, meri se vreme dvostrukog puta snopa svetlosti o reflektujuću površinu.
36. Digitalni senzori položaja Apsolutni (kodirani) enkoderi Merenje ugla od 0 do 360 stepeni ili do punih 1000 obrtaja. Na cilindričnoj ploči se sistemom fotoćelije prijemnik‐predajnik očitavaju kodovi za binarni zapis. Spoljašnji prsten ima kod 2 na0, sledeći 2 na 1 idt. U zavisnosti od osvetljenosti polja dobija se kod koji predstavlja ugaoni pomeraj. Za sprečavanje grešaka koristi se Grejev kod. Relativni (INKREMENTALNI) enkoderi ‐ kontinuirano merenje ugla (relativne pozicije) ‐ linearni (direktni), obrtni (indirektni) ‐ zaštita od dejstva sile na vratilo enkodera ‐ IP zaštita (otporno na vibracije) Princip rada enkodera: Disk enkodera je podeljen po obimu na prozirna i neprozirna polja. Pri rotiranju diska ta polja presecaju snop svetlosti tako da se generiše izlazni signal u vidu četvrtki. Ugaoni zakretaj oseje direktno proporcionalan br. ostvarenih impulsa, a ugaona brzina frekvenciji. Ostale impulse detektuje brojač. Sa obe strane diska postavljena su 2 para fotoćelija fazno pomerena za 90 stepeni, za detekciju smera obrtaja. Enkoderi imaju 3 tipa signala: 1.) pozicija (br. impulsa) 2.) signal za reverzibilno obrtanje ili linearno pomeranje 3.) signal markera punog kruga Spregnuti su sa brojačima impulsa i tajmerima, mere poziciju, brzinu i smer obrtanja. Rezolucija: ‐ RELATIVNI: br. markera po krugu, 10 do 3600 impulsa ‐ APSOLUTNI: br. markera po punom obrtaju, 0 do 1024 impulsa po obrtaju (pozicija)
37. Senzori brzine •
• • • • • • •
-
METODE: a) enkoderima (ne opterećuju vratilo) b) tahogeneratorima c) reluktantni i induktivni senzori Reluktantni: obrtanjem nazubljenog manetnog diska u blizini kalema menja se induktivnost kalema ili reluktansa (magnetna otpornost) sekundarnog namotaja sa magnetom. Izlaz je naizmenični napon u impulsnom obliku f=f0*BrZubaDiska, f - frekvencija napona Nepogodan za male brojeve obrtaja jer su amplitude napona veoma male, mešaju se sa šumovima i smetnjama, privlačna sila Amplituda i frekvencija napona su proporcionalni broju obrtaja. Do 15000 obrtaja u minuti. Tahogeneratori: jednosmerni i naizmenični Jednosmerni: izlazni generisani napon tahoa je linearno srazmeran ugaonoj brzini. Stator je stalni magnet, a rotor sa kolektorom se obrće. Nedostatak habanje četkica, preko kojih se odvodi generisani (izlazni) napon. Meri od 0 do 5000 obrtaja u minuti. Tačnost ±1%. Asinhroni naizmenični: ima rotor i dva statorska namotaja (jedan je pobudni) Detekcijom promene faze može da se meri i smer obrtanja od 0 do 4000 obrtaja u minuti naizmenični, tačnost ±0.05% i ne opterećuju vratilo.
38. Senzori sile, podela, namena, osobin Merne trake: • Tenzootporni efekat – promena otpornosti žice pri njenom istezanju • Više vrsta traka: ‐Merne trake ‐ namotaji provodnika ‐Merne trake ‐ metalne folije ‐Merne trake ‐ metalni film (metalizacija) ‐Merne trake ‐ poluprovodnički materijali (nelinearne) Merenje sile se zasniva na zavisnosti otpornosti od linearnih dimenzija žice. R= R=D/2 _∩_
ρ – specijalna otpornost materijala provodnika S – površina poprečnog preseka provodnika Pri malim istezanjima sila je linearno srazmerna promeni otpornosti. Osobine: ‐ Otpornost obično iznad 100 oma ‐ osetljivost približno 2, kod nekih materijala sotiže 6. ‐ elastičnost ‐ otpornost u nenategnutom stanju: Montaža: Pričvršćuje se za površinu odgovarajućim smolama ili se metaliziraju na keramički sloj. Od kvaliteta samog montiranja i smole zavisi kvalitet merenja. (precizno merenje malih vrednosti) Materijali: ‐ Legure na bazi bakra i nikla: ‐ dobre termičke i električne osobine, koriste se do 300 step C ‐ Legure na bazi platine ‐merenje visokih temperatura oko 1000 step C ‐ Poluprovodnički materijali na bazi silicijuma Primena: Merenje naprezanja različitih mašinskih elemenata, merenje težine, mašine za pakovanje, poluprovodničke se koriste za automobile. Piezoelektrični senzori: • Piezoelektrični efekat – pri dejstvu sile na komad piezoelektričnog materijala, na njegovim krajevima se javlja napon srazmeran primenjenoj sili. • Pretvarač je načinjen od komada kvarca na čije dve paralelne stranice je nanet metal koji predstavlja elektrode. • Pri statičkoj deformaciji indukovani elektricitet se prazni kroz priključne vodove, tako da se ovim pretvaračima ne može meriti stacionarna sila. Magnetostrikcioni pretvarači: • Rade na principu inverznog magnetostrikcionog efekta – promene magnetskih osobina materijala podvrgnutog mehaničkom naprezanju • Senzori se sastoje od feromagnetnog jezgra koje trpi silu i kalema na kojem se meri promena induktivnosti • Koriste se za merenje velike vrednosti sile – u valjaonicama, merenje težine velikih vozila itd. n Ostali tipovi senzora: optički, pneumatski, induktivni ...
39. Senzori vlage, podela, namena, osobine
Karakteristike senzora vlažnosti: ‐ preciznost [% rh]‐ merni opseg [% rh] i [C] ‐ dugoročna stabilnost merenja [% rh/godina] ‐ ponovljivost Vrste senzora: ‐ kapacitivni ‐ rezistivni ‐ bezkontaktni ‐ ostali
Merenje vlažnosti: Vazduh zasićen vodenom parom Apsolutna vlažnost Relativna vlažnost
Primena: sušare, tekstilna industrija, štamparije, klimatizacija, farmaceutska ind....
Vrste senzora vlažnosti: Kapacitivni senzori - Detektuje se promena kapacitivnosti senzora, koja zavisi od vlažnosti izolacionog materijala između elektroda - Danas najčešće korišćen tip senzora - Koriste se za merenje vlažnosti vazduha kao i za merenje vlažnosti čvrstih i zrnastih materijala
Rezistivni senzori
-
Merenje vlažnosti se zasniva na određivanju provodnosti higroskopnog materijala između dve paralelne žice U nekim izvedbama se umesto žica koriste mrežice između kojih se nalazi sloj higroskopnog materijala Provodnici se povezuju na most napajan naizmeničnom strujom Ređe se koriste od kapacitivnih senzora
Bezkontaktni senzori • Dve izvedbe: Ručni (handheld) i Procesni (online) • Najčešće se koriste senzori koji emituju zrak talasne dužine bliske infracrvenoj (NIR – Near InfraRed) • Analizira se intenzitet reflektovanog ili propuštenog zračenja – obrnuto proporcionalna vlažnosti materijala
40. Određivanje relativne vlažnosti u papiru Vlaga u papiru je u dva oblika: ‐ Vodena para ‐ Tečna voda Vlažnost se može opisati na dva načina: ‐ Procentualni sadržaj vlage ‐ Ravnotežna relativna vlažnost (ERH) Vrste senzora: ‐ Kontaktni ‐ Bezkontaktni Vlažnost: ‐ 45% rh → idealna relativna vlažnost ambijenta ‐ 60% rh → gornja granica vlažnosti papira ‐ 5% rh → dozvoljeno odstupanje vlažnosti papira i ambijenta ‐ 8% rh → granica razlike u vlažnosti papira i ambijenta Kontaktni senzori: ‐ Ručni (hand held) → najčešće za kontrolna merenja vlažnosti papira ‐ Procesni (on‐line) → merenje vlažnosti papira u procesu Bezkontaktni senzori: (ista podela) ‐ najčešće se koriste senzori koji emituju zrak talasne dužine bliske infracrvenoj. ‐ analizira se intenzitet reflektovanog ili propuštenog zračenja obrnuto proporcionalna vlažnosti materijala.
41. Osnovna hardverska struktura PLC (namena. podela, karakteristike) PLC ‐ Programmable Logic Controller Industrijski računar koji na osnovu informacija sa senzora i uz pomoć upravljačkog programa, određuje koji će se izvršni organi i u kom trenutku (de)aktivirati. Opšti zahtevi PLC‐a: ‐ Jednostavno programiranje, puštanje u rad, detekcija kvarova ‐ Velika puzdanost u radu ‐ Male dimenzije ‐ Omogućeno povezivanje sa ostalim PLC uređajima i uređajima za upravljanje ‐ Velika fleksibilnost pri promeni upravljačke logikel ‐ Prihvatljiva cena Namena: Ekonomsko‐tehnička opravdana eliminacija releja, sklopki, tajmera, ogromnih upravljačkih ormana. Struktura – mikroprocesorski sistem: ‐ Sopstvena programska podrška ‐ Sprega sa ulazno‐izlaznim uređajima ‐ Komunikacija sa udaljenim računarem ili drugim kontrolerom ‐ Realizacija unapred definisanog logičkog upravljanja ‐ Integrisani složeni zakoni upravljanja PI, PID ‐ Napajanje, moduli za proširenje Podela prema br. Ulaza: ‐ mali: do 32 U/I ‐ srednji: do 256 U/I ‐ veliki: do 1024 U/I Načini izvršavanja upravljanja: Asinhroni način – spoljni događaji (preko senzora) određuju u kom trenutku će se preći na sledeći korak upravljanja. Ovo je tzv. upravljanje u zatvorenoj petlji, jer se koriste povratne informacije o stanju sistema preko senzora Primer: regulacija nivoa Sinhroni način ‐ u vremenski određenim intervalima koje kontroliše unutrašnji tajmer (časovnik), prelazi se na izvršavanje narednog koraka. Ovakvo upravljanje se zove upravljanje u otvorenoj petlji.
42. PLC ‐ Analogni i digitalni ulazi i izlazi (analogni: A/D i D/A konverzija) Diskretni (digitalni) ulazi/izlazi Stanje ovih ulaza/izlaza može biti samo logička nula ili jedinica. Na primer: ‐ logička 0 (isključen ili OFF ili FALSE) – nizak naponski nivo 0V; ‐ logička 1 (uključen ili ON ili TRUE) – visok naponski nivo 24V Analogni ulazi/izlazi Ovi ulazi/izlazi mogu imati bilo koju vrednost u nekom opsegu. Na primer: ‐ senzor na izlazu daje napon od 3.34V pri čemu je njegov radni opseg od 0 do 5V Digitalni Razlikujemo dve vrste signala sa davača: ‐ signale sa mirnih kontakata (normalno zatvoren) – kada nisu aktivirani na ulazu PLC‐a je logička 1 ‐ signale radnih kontakata (normalno otvoren) – kada nisu aktivirani na ulazu PLC‐a je logička Analogni Analogni signali se koriste za predstavljanje promenljivih veličina kao što su: brzina, temperatura, težina, nivo... Signali mogu biti naponski (npr. 0‐10 V=) ili strujni (4‐20 mA) Modul analognih ulaza pretvara ulazni kontinualni signal u odgovarajuću digitalnu vrednost. Ovaj postupak se zove analogno‐digitalna konverzija (skraćeno A/D konverzija). Za predstavljanje analognih vrednosti se koristi određeni broj bita, što zavisi od potrebne preciznosti. A/D konverzija se sastoji iz 2 postupka: ‐ uzimanje odbiraka (period biranja treba da bude što kraći zbog reprodukcije signala) ‐ diskretizacija Analogni signali se takođe koriste za upravljanje izvršnim organima kod kojih je kontinualno promenjivo upravljanje (npr. Zadavanje brzine motora). Modul analognog izlaza pretvara izlaznu digitalnu vrednost u odgovarajući kontinualni signal. Ovaj postupak se zove D/A tj. digitalno‐analogna konverzija.
43. Tipovi programskih jezika za PLC, osnovni organizacioni koncepti, taskovi
Za ovih pet programskih jezika postavljen je zajednički okvir tako što su definisani njihovi zajednički elementi (common elements): z Tipovi podataka z Promenljive z Programske organizacione jedinice (Program Organization Units - POUs) Osnovni organizacioni koncepti: z Za opis celokupnog sistema automatskog upravljanja definiše se konfiguracija (configuration). U okviru konfiguracije se navode deklaracije globalnih promenljivih, resursa i pristupnih promenljivih. z Za opis delova sistema automatskog upravljanja koji su implementirani na pojedinim PLC-ovima koristi se resurs (resource). z U okviru resursa koriste se programske organizacione jedinice (Program Organization Unit - POU): program (program), funkcijski blok (function block) i funkcija (function) Taskovi: Task (task) se pridružuje primerku programa radi dodeljivanja prioriteta izvršavanja tom primerku i radi određivanja vrste implicitnog pozivanja dotičnog primerka programa. Vrste implicitnog pozivanja: nakon dešavanja nekog događaja (single) i periodično (interval). Prioritet se iskazuje celim brojem tako da manji broj označava veći prioritet. Za primerak programa kojem nije pridružen task podrazumeva se da je najnižeg prioriteta, a poziva se periodično implicitno (čim se završi jedno izvršavanje tela programa, odmah započinje sledeće izvršavanje ako je PLC slobodan). Izvršavanje tela programa može biti: z neprekidno (non-preemptive) - do izvršavanja tela prioritetnijeg programa dolazi, ne u trenutku implicitnog pozivanja njegovog primerka, nego tek u trenutku kada se završi izvršavanje tela zatečenog programa manjeg prioriteta. z prekidno (preemptive) - prekida se već započeto izvršavanje tela programa manjeg prioriteta da bi počelo izvršavanje tela prioritetnijeg programa
44. Tipovi podataka i vrste promenljivih pri programiranju PLC
Izvedeni tipovi podataka: z Preimenovani tip - nastaje davanjem novog imena postojećem tipu podataka (int >> sax_int) z Enumeracija - nastaje nabrajanjem svih vrednosti novog tipa podataka (pon, uto, sre, cet, pet, sub, ned) z Podskup - nastaje ograničavanjem broja vrednosti postojećeg tipa podataka (real>> (0-9)) z Složeni tip - predstavlja skup čije komponente su vrednosti nekog od postojećih tipova. Ovom tipu pripadaju: z slog (ako su komponente različitih tipova) (0,1,2,..., pon, ut, sre...) (auto: registracija, boja, broj_vrata, marka, kubikaza) z niz (ako su sve komponente istog tipa) (0 do 300 int)
45. Tipovi instrukcija u programskom jeziku ST – osnovne karakteristike ST – osnove: z Programski jezik ST spada u proceduralne jezike višeg nivoa i veoma je sličan programskom jeziku PASCAL z Programski jezik ST se sastoji od serije instrukcija koje se, kao što je karakteristično za jezike višeg nivoa, mogu izvršavati sekvencijalno (IF..THEN..ELSE) ili u petlji (WHILE..DO) z Osim instrukcija, ST zajedničkim elementima međunarodnog standarda IEC 1131-3 dodaje i izraze z Izraz je kostrukcija koja nakon evaluacije vraća vrednost koja pripada nekom od osnovnih tipova
