ÖLÇÜM CİHAZLARI (ALGILAYICILAR) MEASURING DEVICES (SENSORS) Sıcaklık algılayıcıları (temperature sensors) –Isıl çift (thermocouple) –Hazneli termometre.

... konulu sunumlar: "ÖLÇÜM CİHAZLARI (ALGILAYICILAR) MEASURING DEVICES (SENSORS) Sıcaklık algılayıcıları (temperature sensors) –Isıl çift (thermocouple) –Hazneli termometre."— Sunum transkripti:

1 ÖLÇÜM CİHAZLARI (ALGILAYICILAR) MEASURING DEVICES (SENSORS) Sıcaklık algılayıcıları (temperature sensors) –Isıl çift (thermocouple) –Hazneli termometre (bulb thermometer) –Termistör (thermistors) Elektrik sinyali aracılığıyla ölçüm yaparlar 1 Tek dirençli Çift dirençli TmTm t T

2 ÖLÇÜM CİHAZLARI (ALGILAYICILAR) MEASURING DEVİCES (SENSORS) 2 TmTm T Tek dirençli Çift dirençli Isıl çift Termovel çeperi Termovel Süreç Sıcaklığı T Dış Direnç h o Termovel çeperi Isıl çift Sıcaklığı T m Süreç Sıcaklığı T Dış Direnç h o Termovel çeperi İç Direnç h i Isıl çift Sıcaklığı T m

3 ÖLÇÜM CİHAZLARI (ALGILAYICILAR) MEASURING DEVİCES (SENSORS) 3 Süreç Sıcaklığı T Dış Direnç h o Termovel çeperi Isıl çift Sıcaklığı T m Süreç Sıcaklığı T Dış Direnç h o Termovel çeperi İç Direnç h i Isıl çift Sıcaklığı T m

4 ÖLÇÜM CİHAZLARI (ALGILAYICILAR) MEASURING DEVİCES (SENSORS) Derişim algılayıcıları (concentration sensors) –Gaz kromatograf (gas chromatograph) –spektroskop (spectroscopy) Uzun ölü süre –Süreçten kolona taşınma –Kolondan geçiş –Detektörün tepkisi Kalibrasyon gereksinimi Yüksek maliyet 4 t

5 İLETİM HATLARI Ne işe yarar? –Ölçüm sinyalini denetleyiciye iletir –Denetim sinyalini denetim elemanına iletir Türleri –Nömatik Sıkıştırılmış hava –Elektrik 5

6 İLETİM HATLARI Ne zaman önemli? –Nömatik hatlar kullanılmış –Süreç kararsız ve değişim çok hızlı –İletim hatları çok uzun tutulmak zorunda 6

7 SONUÇ ELEMANI Denetim işlevini gerçekleştirir –Denetleyiciden sinyal alır –Ayarlanan değişkenin değerini düzenler 7

8 SONUÇ ELEMANI Nömatik vana (pneumatic valve) –Sıkıştırılmış hava sinyali –Tıpa pozisyonu ayarlanır Tıpanın bir ucu gövdeye diğeri diyaframa bağlı Diyaframa uygulanan basınç artınca, gövde aşağıya itilir Orifis açıklığı azalır (air-to- close) –Tepki hızlı olduğunda 8

9 SONUÇ ELEMANI Başla/dur anahtarları Pompa, üfleyici vs gibi rotorlu süreç elemanlarının doğru akımla rotor hızı ayarlayıcısı Hidrolik sistemlerde yük ayarı 9

10 GERİ BESLEME İLE DENETLENEN SÜREÇLERİN DİNAMİK DAVRANIŞ BİÇİMLERİ 10

11 GERİ BESLEME İLE DENETLENEN SÜREÇLERİN DİNAMİK DAVRANIŞ BİÇİMLERİ 11 Çevresel değişkenin değeri (d) değişirse İstenen değer (y SP ) değişirse

12 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ 12 Çevresel değişkenin değeri (d) değişirse İstenen değer (y SP ) değişirse

13 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ 13 Çevresel değişkenin değeri (d) değişirse İstenen değer (y SP ) değişirse

14 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Süreç Ölçüm cihazı Denetim mekanizması Denetim elemanı 14 y SP + ε c m y - denetim mekanizması y m d denetleyici Denetim elemanı süreç Ölçüm cihazı Karşılaştırma Denetim eylemi

15 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ G c, G p, G d → ileri besleme (forward path) G= G c G p G d G m →geri besleme (feedback path) 15 y SP + ε c m y - denetim mekanizması y m d denetleyici Denetim elemanı süreç Ölçüm cihazı

16 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ 16 y SP (s) + ε + y(s) - y m (s) d+d+ G(s) G m (s)

17 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Sürecin kapalı devre tepkisi (closed-loop response) –İstenen değerdeki değişimlere tepki –Çevresel değişimlere tepki 17

18 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ 18 G SP (s) y SP (s) + y(s) G yük (s) d(s) +

19 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Problem tipleri –Servo problemi (Servo problem) –Regülatör problemi (Regulator problem) 19

20 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Kapalı devre aktarım fonksiyonları problem tipinden bağımsız olarak ölçüm cihazı, denetleyici ve denetim elemanının aktarım fonksiyonlarına bağlı 20

21 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Örnek Süreç h DPC G c (s) FiFi h m - + ε c h SP FoFo

22 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Örnek Ölçüm aygıtı h DPC G c (s) FiFi h m - + ε c h SP FoFo

23 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Örnek Denetleyici h DPC G c (s) FiFi h m - + ε c h SP FoFo

24 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Örnek Denetim vanası h DPC G c (s) FiFi h m - + ε c h SP FoFo

25 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ h SP (s) ε(s) c(s) F o (s) + h(s) + - - F i (s) süreç

26 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Örnek Bir ısıtma tankına F i =sabit (m 3 /dk) debisinde ve T i ( 0 C) sıcaklığında giren sıvı F st (kg/dk) kütle akış hızında buhar kullanılarak ısıtılmaktadır Sıvının çıkış debisi F sıcaklığı ise T olarak verilmiştir Tank mükemmel karıştırmalı bir tanktır, dolayısıyla sıvının tank içindeki sıcaklıklığıyla çıkış sıcaklığı aynıdır 26 h T Q Kondensat F, T F i, T i Buhar F st

27 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Örnek Süreç Isıl çift 27 h T Q Kondensat F, T F i, T i Buhar F st Isıl çift T - Kararlı Nokta T s + Denetim aygıtı

28 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Örnek Denetleyici Denetim vanası 28 h T Q Kondensat F, T F i, T i Buhar F st Isıl çift T - Kararlı Nokta T s + Denetim aygıtı

29 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ T SP (s) ε(s) c(s) T o (s) + T(s) + - - T i (s) süreç

30 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ 30

31 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Kapalı devre aktarım fonksiyonlarının bulunmasında izlenecek yöntem –İstenen değer ve yükün paydaları aynı karakteristik fonksiyonla verilir 1+kapalı devredeki tüm aktarım fonksiyonlarının çarpımı 31

32 BLOK DİYAGRAM VE KAPALI DEVRENİN TEPKİSİ Kapalı devre aktarım fonksiyonlarının bulunmasında izlenecek yöntem –İstenen değer ve yükün payları istenen değerle veya yükle çıktı değişkeni arasında devrenin ileri kısmındaki tüm aktarım fonksiyonlarının çarpımı İstenen değer-çıktı değişkeni→G c G f G p Yük-çıktı değişkeni→G d 32

33 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Kapalı devrenin tepkisi Özel durum 33

34 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler Süre sabiti=τ p Kazanç –Ayarlama için K p –Yük için K d Kapalı devrenin tepkisi 34

35 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler 35

36 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler Kapalı devrenin tepkisi –Yüke ve istenen değere göre birinci derece kalır –Süre sabiti azalır Kapalı devrenin tepkisi hızlanır –Kazançlar azalır 36

37 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler –Servo problemi 37 Kayma= yeni istenen değer-tepkinin son değeri Kayma (offset)→0 K c →∞

38 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler –Regülatör problemi 38 Kayma= istenen değer-tepkinin son değeri Kayma (offset)→0 K c →∞ denetimsiz 1 denetimli kayma y SP

39 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler –Kayma K c →∞ sıfırlanır kapalı devre kararsızlaşır –G m =K m G f =K f 39 Servo Regülatör

40 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Örnek 40 FiFi FdFd F o =sabit F’ d + h’ SP + F’ i + - h’

41 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler Kapalı devrenin tepkisi 41

42 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler 42

43 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler 43

44 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler 44

45 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler 45

46 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Birinci derece sistemler –Çıkıştaki akış hızı seviyeye bağlı değil Amaç tankın taşmaması veya boşalmaması –K c nin amaca uygun olması kaydıyla oransal denetim yeterli 46

47 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ İkinci derece sistemler –Açık sistemin tepkisi Servo problemi için kapalı devrenin tepkisi 47

48 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ İkinci derece sistemler Kapalı devrenin tepkisi –istenen değere göre ikinci derece kalır –Kazanç azalır –Doğal periyod azalır –Sönümlenme etmeni azalır –Aşırı sönümlü sistem K c nin değerine bağlı olarak salınımlı duruma geçebilir 48

49 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ İkinci derece sistemler 49 ξ>1 Aşırı sönümlü ξ=1 Kritik sönümlü ξ<1 Aşırı sönümlü Kayma= istenen değer-tepkinin son değeri Kayma (offset)→0 K c →∞

50 ORANSAL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ İkinci derece sistemler –Tepkiyi hızlandırmak için ξ’<1 istenir Sistem salınıma geçer K c arttıkça –Kayma azalır –ξ’ küçülür »Maksimum hata artar »Sönümlenme oranı artar »Salınım periyodu azalır 50

51 TÜMLEYİCİ DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Servo problemi 51

52 TÜMLEYİCİ DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ 52 Kayma=1-1=0

53 TÜMLEYİCİ DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Kapalı devrenin tepkisi –K c ve τ I değerlerine bağlı olarak Aşırı sönümlü Kritik sönümlü Salınımlı –K c arttıkça ξ azalır Tebelden salınımlı tepkiye dönüşüm Sapma ve sönümlenme oranı artar 53

54 TÜMLEYİCİ DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Kapalı devrenin tepkisi –Kapalı devrenin tepkisini hızlandırmak sapma oranını ve salınımlı süreyi artırır 54

55 TÜMLEYİCİ DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Kapalı devrenin tepkisi –K c ve τ I değerlerine bağlı olarak Aşırı sönümlü Kritik sönümlü Salınımlı –τ I azaldıkça ξ azalır Tebelden salınımlı tepkiye dönüşüm Sapma ve sönümlenme oranı artar 55

56 TÜMLEYİCİ DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Kapalı devrenin tepkisi –K c artırılıp τ I azaltılırsa kapalı devre tepkisi hassaslaşır Kararsızlığa yol açabilir 56

57 TÜREVSEL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Servo problemi 57

58 TÜREVSEL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ Kapalı devrenin tepkisi –Tepkinin derecesi değişmez –Etkin süre sabiti sürecinkinden yüksek Kapalı devrenin tepkisi birinci derece bir sürecinkinden yavaş –K c arttıkça tepki yavaşlar 58

59 TÜREVSEL DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ İkinci derece sistemKapalı devrenin tepkisi –Doğal periyot değişmez –Daha salınımlı K c ve/veya τ D arttıkça salınım artar –Türevsel denetim salınımı artırıp tepkiyi hızlandırarak denetimi sağlamlaştırır 59

60 KOMPOZİT DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ PI denetimin etkisi –Tümleme tepkinin derecesi artar Sapma yok edilir Servo problemi için salınım artar –İstenen değerden uzaklaşma artar –Sönümlenme oranı artar Sabit K c değerinde τ I artarsa –İstenen değerden uzaklaşma artar –Sönümlenme oranı artar –Tepki hızlanır 60

61 KOMPOZİT DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ PI denetimin etkisi –Tümleme+oransal K c arttıkça tepki hızlanır Servo problemi için salınım artar 61

62 KOMPOZİT DENETİMİN SÜREÇ TEPKİSİ ÜZERİNE ETKİSİ PID denetimin etkisi –Türevsel fonksiyon Salınımı azaltır Kararsızlaşma olasılığını engeller 62

63 GERİ BESLEMELİ DENETİM SİSTEMLERİNDE KARARLILIK ANALİZİ

64 Denetimsiz sistemin dinamik özelliklerini değiştiren unsurlar –Ölçüm cihazları –Denetleyiciler –Son denetim elemanları PI denetim sistemi –Salınımsız birinci derece sistemi salınıma sokabilir –K c ve τ I nin yanlış seçimi ikinci derece bir sistemi kararsızlaştırabilir

65 KARARLILIK KAVRAMI Başlangıç durumundan bağımsız olarak sınırları belirli bir girdi sınırları belirli bir çıktıya neden oluyorsa sistem kararlıdır –Sınırlı girdilerin en yüksek ve en düşük değerleri vardır Sinüsoidal basamak Sınırsız çıktı matematiksel bir kavramdır –Fiziksel geçerliliği yoktur

66 KARARLILIK KAVRAMI Girdiyi çıktıya bağlayan dinamik davranış biçimi –G(s) (+) gerçek bir kutba sahipse süre kapsamındaki çözümü

67 KARARLILIK KAVRAMI Girdiyi çıktıya bağlayan dinamik davranış biçimi –G(s) (+) gerçek bir kutba sahipse süre kapsamındaki çözümü –Sönümlenmeyen kararsız sistem Kararlılığın ilk kriteri –Aktarım fonksiyonunun (+) kutbu varsa sistem kararsızdır –Karakteristik polinomun tüm kökleri (-) olmalıdır