automatika u brodarstvu

KOTOR, 1999.

AUTOMATIKA U BRODARSTVU

)

N. BARJAMOVIC

UNIVERZITET CRNE GORE FAKULTET ZA POMORSTVO

Univerzitetska komisija za izdavacku djelatnost odobrila je izdavanje ovog udzbenika svojom odlukom 02/2-52 od 27. 01. 1999. g.

Automatika u brodarstvu /Nikola Barjamovic; [crtel!i ~ikol~ Barj~movic}:~ Podgorica: Univerzitet Cme Gore; Koror: Fakultet za pomorstvo, I 999 (Cetinje: Obod). - X, 391 str.: graf. prikazi; 24 cm.

,., ,,. 1 ~~-~

.. :

Tiraz 500. Bibliograflja uz svako poglavlje. - Registar. ISBN 86-8 l 039-51-2 681.5(075.8) Fl.x: a) Bponosa - AyTOMa'fCKO ynpaarsarse - Yu6en11u11

6) CuCTeM11 ayT0MaTc1

3. ANALIZA SISTEMA AUTOMATSKOG VODENJA 29 3.1. Analiza sistema u r-domenu 30

3.1.1. Ponasanje procesa i objekata upravljanja 30 3.1.1.1. Procesi nultoga reda :~~- 32

3.1.1.2. Procesi prvoga reda 33 3.1.I.3. Procesi drugoga reda 34 3.1.1.4. Procesi n-toga reda 39 3.1.1.5. Diferencijalni procesi .40 3.1.1.6. Integralni procesi .41 3. l.1. 7. Procesi sa transportnim kasnjenjem .42

3.1.2. Ponasanje regulators 43 3.1.2.1. PI regulator .44 3 .1.2.2. PD regulator. .45 3.1.2.3. PID regulator , 45

3.1.3. Ponasanje regulacionog kruga .46 3.1.3.1. Regulacioni krug sa Pl procesom i P regulatorom 47 3.1.3.2 .. Regulacioni sistem sa P 1 procesom i PI regulatorom 49

Predgovor IX

1. BROD I BRODSKA OPREMA : 1 1.1. Osnovnc karakteristikc broda 1 1.2. Osnovnc vrstc privrednih brodova 2

1.2.1. Putnicki brodovi .3 1.2.2. Terctni brodovi 3

1.3. Brodska oprema i instalacije .4 1.3.1. Oprema glavnog pogona 5 1.3.2. Pomocni pogoni i uredaji.; 6 1.3.3. Prenosnici fluida - cjevovodi 8

1.4. Oprcma za autornatizaciju broda 9 1.4.1. Klasicna automatizacija brodskih procesa 10 1.4.2. Automatizacija brodova pomocu distribuiranih mikroproccsorskih sistema 11

Litcratura ; 12 2. UOPSTEO SISTEMIMA AUTOMATSKOG VOf>ENJA 13

2.1. Vodenje tehnoloskih procesa i objekata : 14 2.2. Automatsko upravljanje 15 2.3. Automatska regulacija : : 16

2.3. I. Automatska stabilizacija procesnih velicina 22 2.3.2. Slijedna regulacija 22 2.3.3. Adaptivna regulacija 25

Literatura 28

SADRZAJ

5. UPRAVLJANJE MOTORNIM POGONIMA 141 5.1. Hidraulicni pogoni 144

5.1.1. Hidrostaticki sistemi sa konstantnirn parametrima 146

4. OSNOVNI ELEMENT! SISTEMA AUTOMATSKE REGULACIJE 91 4.1. Mjcrni pretvaraci 91

4.1.1. Pretvaraci pomjcraja c.: 92 4. I . 2. Pretvaraci brzinc 9 5 4.1.3. Prctvaraci pritiska 97 4.1.4. Pretvaraci protoka 98 4.1.5. Prctvaraci silo i momenta 100 4.1.6. Prctvaraci temperature 105 4.1.7. Pretvaraci nivoa 108 4.1.8. Pretvaraci elektricnih vclicina 111

4.2. Rcgulacioni urcdaji .' 112 4.2.1. Hidraulicni rcgulacioni urcdaji 113 4.2.2. Pncumatski rcgulacioni urcdaji... 115 4.2.3. Elektronski rcgulacioni uredaji 116

4.2.3.1. Kontinualni clektronski rcgulatori 118 4.2.3.2. Dvopolozajni i tropolozajni regulatori.; 121

4.2.4. Podcsavanjc parametara rcgulatora 123 4.3. lzvrsni organi 125

4 .3 .1. Hidraulicni rcgulacioni vcntili 126 4.3.2. Pncumatski rcgulacioni vcntili 128 4.3.3. Rcgulacioni ventili sa elektrienim motornim pogonima 129

4.3.3.1. Trofazni asinhroni motor : , 129 4.3.3.2. Dvofazni motor 130 4.3.3.3. Koracni motori. 130

4.3.4. Elcktricni izlazni stcpeni izvrsnih organa = 131 4.3 .4.1. Poluprovodnicki vcntili 131 4.3.4.2. Tiristorskc jcdinicc , 134

4.4. Procesi i objckti upravljanja 139 Literatura 140

3.2. Analiza sistema u s-domenu 51 3.2.1. Rjesavanje linearnih diferencijalnih jednacina sa konstantnim koeficijentima 53 3.2.2. Prenosna funkcija 54 3.2.3. Algebra blokova 55 3.2.4. Prenosne funkcije procesa 58 3.2.5. Prenosne funkcije regulatora 60 3.2.6. Prenosna funkcija regulacionog kruga 61

3.3. Analiza sistema u frekventnom domenu 62 3.3. l. Frekventna prenosna funkcija 64 3.3.2. Frekventne karakteristike 65

3.3.2.1. Frekventne karakteristike procesa 67 3.3.2.2. Frekventne karakteristike regulatora 75

3.4. Stabilnost sistema 80 3.4.1. Nikvistov kriterijum stabilnosti 81 3.4.2. Bodeov kriterijum stabilnosti , 84

3.5. Tacnost regulacije 86 3.5.1. Staticka greska 86 3.5.2. Integralni kriterijumi ponasanja 86 3.5.3. Dinamicko ponasanje sistema 87

Literatura 90

IV

6. SISTEMI REGULACIJE MOTORNIH POGONA 176 6.1. Regulacija brzine hidraulicnih pogona 177

6.1.1. Regulacija brzine hidraulicnih motora pomocu servorazvodnika 177 6.1.2. Regulacija brzine hidraulicnih pogona pomocu hidrostatickih prenosnika

snage : 178 6.1.2.1. Regulacioni sistem servopumpa - motor.. 178 6.1.2.2. Regulacioni sistem pumpa - servomotor. 18 l 6.1.2.3. Regulacioni sistem hidrostatickog prenosnika snage servopumpa -

servomotor 182 6.2. Regu!acija brzine pneumatskih pogona 183

6.2. l. Translatorni pneumatski motori., 183 6.2.2 .. 0brtni pncumatski motori.. 185

6.3. Regulacija brzine elektromotornih pogona : 186 6.3. l. Tiristorski regulatori brzine jednosmjernih motora J 90

6.3.l. l. Monofazni tiristorski regulatori., 19 l 6.3 .1.2. Trofazni tiristorski regulatori : 194

6.3.2. Impulsni regulatori brzine jednosmjernih pogona 197 6.3.2.l. Frekventno-irnpulsni regulatori 199 6.3.2.2. Sirinsko-impulsni regulatori 200

6.3.3. Regulatori brzine asinhronih motora , 200 6.3.3.1. Naponom regulisani asinhroni motori 201 6.3.3.2. Frekventno regulisani asinhroni motori 203 6.3.3.3. Regulacija brzine asinhronih motora pomocu podsinhrone kaskade 209

6.3.4. Regulacija brzine pomocu spojnica 21 l 6.3.4.1. Frikcione spojnice 211 6.3.4.2. Spojnica sa feromagnetnim prahom 212 6.3.4.3. Spojnica sa elektrornagnetnim poljem , 212

Literatura : 2 l 3

5.1.2. Hidrostaticki sistemi sa promjenjivim parametrima 147 5.1.2.1. -Hidroprenosnici snage sa regulatorom protoka 147 5.1.2.2. Hidroprenosnici snage sa zapreminskim upravljanjem 148

5.1.3. Komponente hidraulicnog sisterna , 150 5.1.3.1. Hidraulicni pogonski agregati 150 5.1.3.2. Hidromotori i hidropumpe 151 5.1.3.3. Razvodnici i ventili 154

5.2. Pneumatski pogoni : .. , 155 5.2.1. Pneumatski izvori energije 155 5.2.2. Oprema izvrsnih organa 155

5.2.2.l. Translatorni motori : 156 5.2.2.2. Obrtni motori 158

5.2.3. Oprema za upravljanje 159 5.2.3. I. Pneumatski razvodnici 159 5.2.3.2. Pneumatski ventili - 160

5.3. Elektromotorni pogoni 161 5.3.1. Jednosmjerni motori 161

5.3.1.1. Serijski jednosmjerni motori 162 5.3.1.2. Paralelni jednosmjerni mo tori 164 5.3.1.3. Slozeni jednosmjerni motori 166

5.3.2. Asinhroni motori 167 5.3.2.l. Kavezni asinhrcni motori 168 5.3.2.2. Kolutni asinhroni motor 172

Literatura 174

v

VI 7. BRODSKI UREElAJI I POGONI 215

7.1. Pumpe 216 7. l. l. Karakteristike pumpi 216

7. l .1.1. Karaktcristikc zapreminskih pumpi 216 7.1.l .2. Karakteristike centrifugaluih pumpi 218 7.1.1.3. Karakteristika cjevovoda 219 ,

7.1.2. Regulacija pogona ccntrifugalnih pumpi.. 220 7.1.2.1. ON/OFF regulacija centrifugalnih pumpi 220 7 .1.2.2. Kontinualna regulacija centrifugalnih pumiH 222

7.2. Ventilatori 225 7 .2.1. Karakteristike ventilatorskog sistema 226 7.2.2. Rcgulacija protoka ventilatora 228

7.2.2.l. Regulacija kapaciteta prigusenjem 228 7.2.2.2. Regulacija protoka promjenom brzine.. : 229 7.2.2.3. Rcgulacija protoka aksijalnih vcntilatora zakrctanjcm loparica 230

7. 3. Kompresori 231 7.3.1. Komprcsorski proccs 231 7 .3.2. Regulacija rada kompresorskih stanica 233

7.3.2. l. Regulacija pritiska vazduha kompresorske stanice 234 7.3.2.2. Rcgulacija hladcnja i suscnja vazduha , 237

7.4. Destilatori 238 7.4. 1. Regulacija procesa destilacije uredaja sa uronjenom grejnom baterijom 239 7.4.2. Regulacioni sistem generatora slatke vode 240

7.5. Centrifugalni separatori 242 7.5.1. Automatsko upravljanje procesom separiranja 244 7.5.2. Konfiguracije separatora 246

7.5.2.1 Paralelna veza separatora 246 7.5.2.2. Serijska veza separatora 247 7.5.2.3. Serijska veza purifikatora i klarifikatora 247

7.6. Rashladni uredaji : 248 7 .6.1. Komprcsorske rashladnc masinc 249 7.6.2. Rcgulacija kapacitcta hladcnja pornocu komprcsora 251

7 .. 6.2.1. Dvopolozajna rcgulacija 252 7.6.2.2. Kontinualna rcgulacija 254

7.6.3. Rcgulacija pritiska kondenzacijc 255 7 .6.4. Rcgulacija proccsa ckspanzije rashladnog srcdstva 255

7.6.4. l. Prcsostatski rcgulacioni vcntil : 256 . 7.6.4.2. Tcrmostatski regulacioni vcntil., : 256

7.6.5. Rcgulacija hladenja pomocu isparivaca : 257 7.7. Klima-uredaji : 258

7.7.1. Procesi promjene stanja vazduha u zavisnosti od vlage ; ~ 258 7.7.2. Centralni klima-uredaji 262

7.7.2.1. Regulacija mijesanja svjezeg i povratnog vazduha 263 7.7.2.2. Regulacija grijanja vazduha 264 7.7.2.3. Regulacija hladenja vazduha 264 7.7.2.4. Regulacija vlazenja vazduha 265

7.7.3. Lokalne klima komore 265 7 . .8. Parni kotlovi 267

7 .8.l. Regulacija napajanja kotla vodom 27 l 7.8.2. Regulacija temperature izlazne pare .. , 272 7.8.3. Regulacija opterecenja parnog kotla 274 7.8.4. Regulacija sagorijevanja 275

8. MIKRORACUNARSKI DISTRIBUJRANf SISTEMI AUTOMATSKOG VODENJA 363 8.I. Uopste o rnikroracunarima 365 8.2. Sistem za akviziciju mjernih podataka 367

7.9. Palubni urcdaji i pogoni : 277 7.9.l. Upravljanje i regulacija motornih pogonu sidrenih i priteznih vitala 277 7.9.2. Upravljanje i regulacija prekrcajnih pogona 28! 7.9.3. Upravljanjc i rcgulacija dizalica 285

7.10. Kormilarski uredaji 287 7.10.1. Kormilo i kormilarskc masinc 287 7. l 0.2. Regulacija kormilarskih pogona 289

7.11. Mancvarski propclcri, -; 293 7.1 l.1. Klasicno upravljanje pogonom propelera 294 7.11.2. Regulacija pogona propelera sa promjenljivim korakom 294

7.12. Glavni brodski pogon sa dizel-motorom ~ 295 7.12.1. Uopste o dizel-motorima : 296

7.12.1.1. Karakteristiko dizel-motora 299 7 .12.1.2. Karakteristike propelera : 302

7.12.2. Upravljanje dizel-rnotora sa fiksnim propelerom 303 7.12.2.l. Prckrctanjc dizel-motora 304 7.12.2.2. Upucivanje motora 305

7.12.3. Regulacija brzine dizel-pogona sa fiksnimregularorom 306 7.12.3.1. Masinski tclcgraf 306 7.12.3.2. Regulatori brzine dizel-motora direktnog dejstva 308 7.12.3.3. Regulatori brzine dizel-motora indirektnog dejstva 311 7.12.3.4. Vudvardov regulator 312

7.12.4. Regulacija brzine propulzora sa promjenjivirn korakom propelera 318 7.12.4.1. Uredaj za automatsku regulaciju opterecenja sa integrisanim

kolima 319 7.12.4.2. Uredaji za automatsku regulaciju opterecenja na bazi

mikroprocesora 326 7. I 2.5. Rcgulacija brzinc propclcra pomocu elcktromagnctnih kliznih spojki 328 7.12.6. Elektronski sistemi injektiranja goriva 330

7.12.6.l. Regulator brzine 331 7.12.6.2. Regulator pritiska 333 7.12.6.3. Regulator programa startovanja 333

7.12.7. Dizel-elektricna propulzija 334 7.12. 7 .1. Elektricni propulzori sa jcdnosmjcrnim motorima 335 7.12.7.2. Elektricni propulzori sa naizmjenicnim motorima 336

7.12.8. Pomocni uredaji hladenja i podmazivanja glavnog motora 340 7.12.8.1. Sistcm hladenja morskorn vodom 340 7.12.8.2. Sistem hladenja slatkorn vodom 341 7.12.8.3. Sistem podmazivanja motora 344

7.13. Pogoni brodske elektricne centrale 345 7.13.1. Uopste o pogonima za proizvodnju elektricne energije 346 7.13.2. Kucni dizel-elekticni agregati 348 7.13.3. Pomo6ni dizel-elekrricni agregati 350 7.13.4. Osovinski generatori 352

7. I 3 .4 .1. Osovinski genera tor sa PTO/RCF stabilizatorom brzine 3 5 3 7.13.4.2. Osovinski generator sa statickim konvertorom frekvencije 356

7.13.5. Turbogeneratori 360 Literatura : 361

vn

8.3. Programabilni logicki kontroleri 370 8.3.1. Struktura PLC 373 8.3.2. Programiranje PLC-a 374

8.4. Digitalni rcgulatori - mikrokontrolcri 374 8.5. PC kontroler 376 8.6. Struktura distribuiranog sistema 376

8.6. 1. Hardver distribuiranih sistema : 377 8.6.2. Softver distribuiranih sistema 379 Literatura 380

Rcgistar , 381

VIII

Sadrzaj udzbenika je prilagoden nastavnom programu predmeta Automatika u brodarstvu, koji predajem na drugoj godini Brodomasinskog odsjeka Fakulteta za pomorstvo. Tehnoloska podloga izlozena u udzbeniku omogucuje bolje razumijeva- nje materije kao i koriscenje knige od strane pomorskih strucnjaka i oupste porno- raca raznih profila, pesto literature posvecene brodskoj automatici na nasem jeziku prakticno nema. U udzbeniku je posebna paznja posvecena strucnim znanjima, tako da je matematicki aparat koriscen u ogranicenom obimu. Tekst je organizovan u 8 poglavlja.

U prvom poglavlju teksta razmatrana je opsta problematika broda i brodskih procesa, te precizirano mjesto automatskog vodenja broda i brodskih procesa. Uka- zano je na specificnosti broda i brodskih procesa u odnosu na objekte i tehnoloske procese na kopnu.

U drugom poglavlju data je opsta teorija sistema automatskog upravljanja i sistema automatske regulacije: osnovni pojmovi, definicije, komponente, postupci, metode analize i sinteze itd.

U trecem poglavlju obradena je linearna teorija sistema automatskog vodenja: analiza sistema u r-domenu, s-domenu i frekventnom domenu.

U cetvrtorn poglavlju su prakticnim postupcima analize obradene kornponente sistema automatske regulacije. Nekim komponentama sistema, kao sto su senzori, mjerni pretvaraci, izlazni stepeni aktuatora (tiristorske jedinice) posveceno je vise prostora, buduci da nisu obuhvacene nastavnim programima drugih predmeta Bro- domasinskog odsjeka, a predstavljaju dijelove sistema automatske regulacije,

U petom poglavlju su obradeni sistemi automatskog upravljanja motornih pogona: pneumatski, hidraulicni i elektricni pogoni, Posto su pneumatika i hidraulika nedovoljno obuhvacene postojecim programima pomenutog odsjeka, uz materiju upravljanja ukazano je na osnove funkcionisanja karakteristicnih komponenata pne- umatike i hidraulike. S obzirom na to da je problematika elektromotora obuhvacena predmetom Brodska elektrotehnika 11, u ovom tekstu ona je prezentirana u sazetom obliku radi kontinuiteta materije i boljeg opsteg sagledavanja sistema automatskog upravljanja na brodu.

U sestom poglavlju je obuhvacena problernatika regulacije motornih pogona: pneumatskih, hidraulicnih i elektricnih. Posebna paznja je posvecena hidrostatickim prenosnicima snage, proporcionalnoj tehnici i servoregulaciji, Autornatski sisterni na bazi energetske elektronike (tiristorski regulatori, coperski pretvaraci jedno-

PREDGOVOR

Au tor

smjernih motora, podsinhrone kaskade, frekventni, vektorski i momentni regulatori asinhronih motora) su tretirani funkcionalno preko blok-sema i blok-dijagrama,

Sedmo poglavlje teksta je najobimnije. Njime je obuhvacena problematika glavnog motornog pogona i pomocnih pogona i uredaja. Kratko su prezentirani tehnoloski zahtjevi, da bi ispunjenje zahtjeva preko automatskih sistema bilo prikazano blok-semama i dijagramima. Neki karakteristicni slucajevi su predstavljeni pojedno- stavljenim strujnim semama.

U osmom poglavlju, u popularnom obliku, izlozena je materija sistema kom- pleksne automatizacije, bazirana na mikroprocesorskoj i informatickoj tehnologiji. Posebna paznja je posvecena konceptu sistema distribuiranog vodenja broda i bred- skih procesa kojim je obuhvacena akvizicija mjernih podataka, upravljanje, regulacija, nadzor i protokolisanje.

Najtoplije zahvaljujem recenzentima rukopisa dr Milutinu Ostojicu, profesoru Elektrotehnickog fakulteta u Podgorici, dr Zdravku Uskokovicu, profesoru Elektro- tehnickog fakulteta u Podgorici i dr Andriji Lomparu, docentu Fakulteta za pomorstvo u Kotoru, na veoma korisnim sugestijama i primjedbama. Zahvaljujem kolegi dr Lazu Vujovicu na brojnim diskusijama posvecenim masinskoj opremi i masinskoj automatici na brodu. Svjestan sam cinjenice da su pri pisanju neizbjezno naci- njene neke greske i zato se unaprijed zahvaljujem onima koji mi ukazu na njih, ili ponude nove prijedloge i sugestije koje bi doprinijele da studenti dobiju bolji kvalitetniji udzbenik,

x

Brod predstavlja objekat veoma slozene konstrukcije. Nezavisno od tipa broda, brodski kompleks formiraju:

- trup, koga Cine kostur trupa i oplata dna, bokova i glavne palube (gomja zavrsna vodonepropusna oplata trupa); nadgrade sa brodskim prostorijama izgradenim iznad glavne palube i kon- strukciono vezanim sa palubom; ugradnja, koju sacinjavaju fiksni djelovi broda (podovi, tavanice, pregrade, cvrsto ugradeni namjestaj itd.); glavno pogonsko postrojenje sa dizel-motororn, vratilom, propelerom kod dizel-pogona i slicnim uredajima kod drugih pogona; pomocni pogoni, uredaji i instalacije, Pomocni pogoni cine velike grupe uredaja i pogona: pornocni pogoni strojamice (energetski agregati, pumpe, kompresori, oprema za hladenje i podmazivanje itd.), pomocni uredaji palube (sidrena, pritezna i teretna vitla, samarice, dizalice itd.), kormilarski uredaj, pomocni pogoni fluida na instalacijama vode (morska voda, pro- tivpozarna voda, topla voda, sanitarna voda, kondenzatorska voda, pitka voda, balastna voda, kaljuzna voda), pare, vazduha itd.

1.1. OSNOVNE KARAKTERISTIKE BRODA

More je oduvijek predstavljalo jednu od najznacajnijih transportnih saobracaj- nica, Cinjenica da je 70% zernljine povrsine pokriveno vodom je dominantno utica- la na razvoj ljudske civilizacije i razvoj broda kao prevoznog sredstva. Evolucija broda se odvijala lagano da bi danas dostigla visok nivo, tako da ne postoji tehnicko-tehnoloska disciplina koja nije nasla svoju primjenu na brodu. Danas je brad, s obzirom na ekonomicnost, nezamjenljivo transportno sredstvo. Cinjenica je da je na svaku tonu tereta prevozenog brodom nuzno prenijeti cca 400 kg sopstvene tezine. u kamionskom transportu taj iznos dostize 620 kg, u zeljeznickom 830 kg, da bi se u avionskom transportu popeo na 4000 kg. Jos povoljnija situacija je sa energijom. Tako svakom kW u brodskom transportu odgovara transport od 750 do 3000 kg, u zeljeznickom 200+ 700 kg, u kamionskom 30+ 70 kg i u avionskom 3+5 kg. Posebna prednost broda dolazi do izrazaja kada je u pitanju nosivost. Tako npr. supertanker moze prevesti 500.000 t nafte. U slucaju zefjeznice, ova kolicina bi se mogla prenijeti pomocu 10.000 vagon-cisterni, koje bi formirale kolonu dugu 100 km.

1. BROD I BRODSKA OPREMA

S obzirom na veliku raznovrsnost brodova, postoje i razne podjele kao sto su podjela prema namjeni, podrucju plovidbe, vrsti glavnih pogonskih strojeva, kretnim sredstvima (propulzorima), materijalu od koga su izgradeni, vrsti i broju paluba itd.

Prema namjeni, brodovi mogu biti privredni, ratni i brodovi za posebnu na- mjenu, U privredne brodove spadaju teretni, putnicki, teretno-putnicki, putnicko- teretni i brodovi za obavljanje radova na vodi (ploveci bageri, plovece dizalice, brodovi polagaci kablova itd.), Brodovi za posebne namjene mogu biti: istrazivacki, laboratorijski, skolski, brodovi radionice, brodovi svjetionici, meteoroloski brodovi, ribarski brodovi, ledolomci itd. Ratni brodovi mogu biti: morski (lokalni priobalni brodovi, brodovi duge plovidbe) i rjecni brodovi. Prema naeinu eksploatacije, razlikuju se: brodovi linijske plovidbe - ,,lajneri"(engl. cargo liners) i brodovi slobodne plovidbe - ,,tramperi"(engl. tramp ships). Prema glavnim pogonskim strojevi:ma brodovi mogu biti: parobrodi (parni klipni motori, parne turbine), motomi. (dizel- motori), brodovi sa gasnim (plinskim) turbinama itd., kao i brodovi bez sopstvenog pogona.

Prema kretnim sredstvima (propulzori, propeleri), brodovi mogu biti sa tocko- vima, propelerima (elise, vijci) sa Pojt-Snajderovim (Veith-Schneider): kolom, sa vazdusnim elisama (lebdilice) itd.

Prema materijalu od koga je izgraden trup, razlikuju se drveni, celicni, armira- no-betonski i plasticni brodovi, Prema broju i vrsti paluba, brodovi mogu biti: otvo- reni (bez paluba), sajednom i sa vise paluba,

Prema uronjenosti, brodovi mogu biti deplasmanski (brodovi s gazom) i lebde- Ci. Lebdeca plovila-lebdilice ( engl. howercraft) su plovila sa vazdusnim jastukom. Posebnu grupu predstavljaju tehnoloski novi tzv. hidrokrilni brodovi ( engl. hydrofil) sa podvodnim krilima.

1.2. OSNOVNE VRSTE PRIVREDNIH BRODOV A

Osnovne karakteristike broda se izrazavaju velicinama: - Sopstvena masa broda, pod kojom se podrazumijeva masa izgradenog broda

bez goriva, vode, tereta i posade. Ovoj masi odgovara ravan najmanjeg gazenja, Izrazava se u tonama, Deplasman, pod kojim se podrazumijeva masa potpuno opremeljenog broda natovarenog do ravni najveceg dozvoljenog gazenja. Izrazava se u tonama. Istisnina predstavlja zapreminu broda kojom brod istisne vodu kada uroni do ravni najveceg dozvoljenog gaza. Izrazava se u 1113 Nosivost broda predstavlja razliku izmedu deplasmana (ravan najveceg gazenja) i sopstvene mase broda (ravan najmanjeg gazenja). Ukupna nosivost ukljucuje masu tereta, putnika i sve zalihe vode, goriva, ulja itd., dok se pod korisnom nosivoscu podrazumijeva samo masa robe i putnika. U pomorstvu se ukupna nosivost izrazava u DWT (engl, Dead Weight Ton). Prostornost podrazumijeva zapreminu svih zatvorenih prostorija na brodu izrazenu u m3 U pomorstvu se dugo koristila jedinica prostomosti RT ( engl. Register Tonnage RT = 2,83 1113). Otuda jedinice brnto prostomosti (BRT - brute registarska tonaza) i neto prostomosti (NRT).

I . Brod i brodska oprema 2

Brodovi za prevoz suvog tereta mogu biti: - Brodovi za prevoz opsteg (generalnog, dencanog) tereta. Obicno su to linij-

ski brodovi opremljeni prekrcajnim sredstvima za utovar i istovar tereta (samarice, teretna vitla, dizalice), Korisna prostomost ovih brodova iznosi 50- 70% od deplasmana. Ovi brodovi posjeduju veci broj paluba za smjesta] tereta sa sirokim grotlima za prekrcaj tereta. . Brodovi za transport rasutog tereta (zitarice, rude, ugalj itd.) su poznati pod imenom ,,balkarijeri" ( engl. bulk - mnostvo, masa; carrier - vozar, prevoz- nik). Brodovi posjeduju posebna konstrukciona rjesenja kojima je izbjeg- nuta opasnost od naginjanja. Kod ovih brodova, a radi obezbjedenja veceg prostora, strojamica se nalazi u krmenom dijelu. Brodovi hladnjace su predvideni za prevoz zivotnih namirnica i opremljeni su opremom za hladenje. Ovim brodovima sve vise konkurisu kontejnerski brodovi sa ,,frigo kontejnerima". Brodovi za prevoz posebnih tereta. U ovu grupu spadaju kontejnerski brodovi (engl. contain - sadrzavati) kojima se prevoze kontejneri. Kontejner je sanduk koji stiti robu od ostecenja. Kontejneri su standardizovani, a kapa- citet broda se izrazava u TEU-ma, gdje je TEU standardna jedinica ( engl,

Brodovi za prevoz suvog tereta

Teretni, odnosno trgovacki brodovi uzimaju najvece ucesce u floti bilo koje zemlje. Ovi brodovi se prema vrsti robe koju prevoze mogu podijeliti u dvije osnovne grupe: brodovi za prevoz suvog tereta i brodovi za prevoz tecnog tereta. Postoje, kako ce to biti kasnije navedeno, i brodovi za prevoz kombinovanog tereta.

1.2.2. Teretnl brodovi

1.2.1. Putnlckl brodovi

Putnieki brodovi mogu biti: mjesne (lokalne) plovidbe, male obalne plovidbe, velike obalne plovidbe i prekookeanske plovidbe. Prema prostornosti, se krecu od 100 BRT do 80.000 BRT, sa brzinama od 10 do 37 cvorova (1cvor=1,852 km/h= 0,5 mis). Najveci prekookeanski brodovi, poznati i kao ,,superlajneri", predstavljaju prave gorostase (duzina 300m, sirina 36m, gaz 12m, snaga 180.000kW). Kod ovih superluksuznih brodova posebna paznja je posvecena kvalitetu hrane, vodi i vazdu- hu (frigooprema, oprema za obradu vode, klimatizaciona oprema).

Putnicko-teretni brodovi su nastali iz cisto ekonomskih razloga. Njima se transportuju putnici i roba koja morn brzo da stigne do odredista (voce, povrce isl.).

Kod teretno-putnickih brodova situacija je slicna, Ovi brodovi posjeduju odredeni broj luksuznih kabina za putnike koji putuju iz zadovoljstva.

Brodovi trajekti sluze za prevoz putnika i tereta preko morskih kanala i uskih mora. Teret najcesce predstavljaju automobili, kamioni, zeljeznicke kompozicije. Specificnost ovih brodova, s gledista primjene kretnih sredstava, su manevarski propeleri sa promjenljivim korakom propelera.

3 1.2. Osnovne vrste privrednih brodova

Brodska oprema i instalacije mogu biti veoma razliciti u zavisnosti od namjene broda, tipa broda i isporucioca opreme, Nezavisno od toga, izgradnja samog broda i ugradnja brodske opreme i instalacija moraju biti uskladeni sa vazecim medunarod-

1.3. BRODSKA OPREMA r INSTALACIJE

LASH brodovi, SIB] brodovi

LASH brodovi (engl. Lighter Aboard Ship, odnosno Landing Aboard Ship) su brodovi sa ukrcanim plovnim teretnjacima. Sistem cine: brod nosac i rijecni teretnjaci bez pogona. Posebna pogodnost je u tome sto za ukrcavanje i iskrcavanje nije potrebna Iuka.

Dalja specijalizacija je ostvarena pomocu SIDI brodova ( engl. Seabee - morska pcela), Slicno kao kod LASH brodova, teretnjaci, obicno rijecne potisnice, up- lovljavaju u brad maticu, gdje ih prihvata pokretna platforma, odize do odredene palube i, pomocu posebnog sistema, skladisti. Ovaj sistem prekrcaja je poznat pod skracenicom Fo-Fo ( engl. Float on - Float off, uploviti-isploviti).

Brodovi za prevoz kombinovanog tereta

Ovdje se misli na brodove koji istovremeno sluze za prevoz rasutih materijala i tecnih tereta, najcesce rude i naftnih derivata. Brodovi su poznati pod 00 skracenicom (engl, Ore -rnda i Oil - ulje).

Ovima su veoma slicni OBO-brodovi predvideni za transport rude, rasutih tereta i tecnih tereta ( engl. Ore Bulk OilShip - brad za prevoz rude, rasutog tereta i ulja).

Brodovi za prevoz tecnog tereta

Brodovi za prevoz tecnog tereta (tan.keri) su brodovi cija je unutrasnjost po- dijeljena uzduznim i poprecnim pregradama u nepropusne odjeljke (tankove), pa im otuda i potice ime. Zapremina odjeljaka je ogranicena, cirne je kod ljuljanja broda onemoguceno pomjeranje tezista, odnosno pogorsanje poprecnog i uzduznog sta- biliteta. Iznad tank.ova se nalaze ekspanzioni prostori predvideni za sirenje tecnosti. Utovar i istovar se vrsi pomocu snaznih pumpi,

Ekonomija transporta je diktirala pojavu velikih tankers - supertankera, poznatih pod skracenicama VLCC ( engl. Veiy Large Cruide ou Carrier) i ULCC ( engl. Ultra Large Cruide Oil Carrier). Danas postoje supertankeri od 500.000 DWT.

Brodovi za prevoz gasova u tecnom stanju posjeduju svoje specifienosti u zavisnosti od karakteristika gasova. Tako postoje LNG brodovi (engl. Liquid Natural Gas - brodovi za prevoz prirodno g gasa), LPG brodovi ( engl. Liquid Petroleum Gas - tecni petrolejski gas).

TEU- twenty feet equivalent units). Ro-Ro brodovi (engl. Roll on

Pagon propulzora (propulzija) se najcesce izvodi pomocu toplotnih motora, a rjede pornocu elektricnih motora. U evoluciji toplotnih motora su korisceni: parni klipni pogon, parna turbina sa visokopregrijanom parom, plinska turbina i dizel- motor. S obzirom na koeficijenat iskoriscenja hemijske energije goriva, dizel-motori posjeduju znatne prednosti (cca 40%), sto je osnovni razlog da se oni danas najvise koriste. Kod elektromotornih pogona koeficijenat iskoriscenja je nizi (cca 35%), s obzirom na kompletan proces proizvodnje i potrosnje elektricne energije. Pored cisto energetskih troskova na opredijeljenost uticu i drugi parametri vezani za konverzije energije.

Glavni pogon podrzava vise pomocnih pogona i uredaja, To su prije svega:

1.3.1. Oprema glavnog pogona

nim konvencijama (posebno sa konvencijom za zastitu ljudskih zivota na moru SO- LAS (engl. Safety of life at sea), propisima klasifikacionih drustava i zavoda i pravilnicima o higijenskim i tehnickim mjerama na brodovima.

Brodska oprema, za razliku od kopnene, morn da izrazenije zadovolji i mnoge druge kriterijume, kao sto su:

- Pouzdanost. Pouzdanost opreme treba da bude sto veca, s obzirom na situ- acije u kojima brod maze

Slozenost opreme za prekrcaj tereta zavisi od namjene i nosivosti broda. U slucaju generalnog tereta, opremu cine: samarice, teretna vitla, okretne dizalice s kra- kom, sinske dizalice itd. Kod transportnih brodova rasutog materijala obicno se ko-

Oprema i uredaji za prekrcaj tereta

1.3.2. Pomocnt pogooi i uredaji

U zavisnosti od namjene i nosivosti broda, na brodu maze da bude instalirano veoma mnogo razlicitih pogona i uredaja. Postoji vise podjela. Jedna od najcescih podjela se odnosi na glavni pogon i pomocne pogone. Veoma cesto se skup pomocnih pogona i uredaja kojima se ostvaruje proizvodnja fluida na brodu (zasicena para, pregrijana para, topla voda, pitka voda, komprimovani vazduh, struja) razmatra u okviru energetskog kompleksa zajedno sa pogonom glavnog motora, a ponekad odvojeno.

Energetski kornpleks najcesce cine: parni kotao sa generatorom pregrijane pare, ekshaust kotao, brodske turbine (obicno 3), kondenzator izradene pare, kompresori (obicno 3), turbogeneratori (obicno 2) i pomocna oprema sa pumpama, izmje- njivacima toplote, filterima, separatorima itd.

U parnom kotlu se vrsi primarno pretvaranje hemijske energije goriva u toplotnu energiju dimnih plinova. Ova energija plinova se pri strujanju kroz kotao pretvara u toplotnu energiju vode i njeno isparenje. Formirana para se poslije pregrija- vanja vodi na brodske turbine (engl. cargo turbines) i turbogenerator, Turbogenera- tor sluzi kao izvor elektricne energije.

Ostali znacajniji skupovi pomocne opreme su:

- izmjenjivaci toplote: hladionik morska voda/slatka voda, hladionik slatka voda/ulje za podmazivanje, hladionik morska voda/vazduh, grijaei para/vazduh itd,

- filtri: ulje za podmazivanje, gorivo - separatori: ulje za podmazivanje, gorivo - pumpe: slana voda, slatka voda, ulje za podmazivanje, gorivo (niski priti-

sak), gorivo (visoki pritisak) itd. Najveci dio otpadne energije dizel-motora (cca 40%) se odnosi na izduvne

plinove. Iskoriscenjem ove energije, povecava se koeficijenat iskoriscenja hemijske energije goriva. Izduvni gasovi se salju na plinsku turbinu koja pogoni turbokom- presor (turboduvaljka, engl. turbocharger) kojim se vrsi sabijanje vazduha prije uvodenja u cilindre. Prije uvodenja vazduh se hladi (izmjenjivac voda/vazduh) a gorivo grije (izmjenjivac para/gorivo).

U turbokompresoru iskoriscava se samo dio energije ispusnih plinova, ostatak se koristi za pogon plinskih turbina i ispusni kotao ( engl. ekhaust boiler). U ekshaust kotao se smjesta zagrijac vode generatora pare ( engl. economizer), isparivaci tople vode (engl, evaporators) i pregrijaci zasicene pare (engl. superheater).

Ponekad SU glavni pogoni kombinovani. Koriste se dva ili cetiri propulzora po- gonjena sa dizel-motorom/dizel-motorima i turbomotorom/turbomotorima.

l . Brod i brodska oprerna 6

Oprema za gasenje poiara

Problematika zastite broda, a posebno ljudskih zivota je pokrivena konvencijama, propisima i pravilnicima u skladu sa kojima je predvidena odgovarajuca zastit- na oprema i oprema za gasenje pozara. I pored toga, desavaju se pozari sa tragicnim posljedicama, U sklopn opreme spadaju detektori za rano otkrivanje pozara i automatski sistem za aktiviranje sredstava za direktno gasenje pozara (prskalice - sprinkleri). Predvidena je posebna mreza cjevovoda sa odgovarajucom armaturom,

Ureilaji za 'prenos toplote - izmjenjivaci toplote

Ovi uredaji osiguravaju prenos toplote putem oduzimanja ili dodavanja toplote, pa se pojavljuju kao izmjenjivaci-hladionici i izmjenjivaci-grijaci. Tok fluida obezbjeduju pumpe ili ventilatori, u zavisnosti od vrste fluid1!. Kondenzatori i eva- poratori predstavljaju izmjenjivace toplote u sirem smislu. Kondenzatori se javljaju kao sastavni djelovi energetskih postrojenja, sistema za hladenje i sistema za klimatizaciju. U slucaju energetskih kondenzatora, hladenjem se od izradene pare odu- zima Iatentna toplota isparavanja i time para pretvara u kondenzat (voda). Ispara- vanjem se iz vode, dovodenjem toplote, formira vodena para.

Poseban slucaj isparivaca predstavljaju destilatori, kojima se iz morske vode dobija pitka voda.

Oprema za ventilaciju, grijanje i klimatizaciju

Svi brodovi posjeduju opremu za ventilaciju, grijanje i klimatizaciju. Nivo te opreme zavisi od namjene broda. Opremu cine centralni sistemi za ventilaciju, grijanje i klimatizaciju sa komponentama: ventilatori, pomocni kotlovi (para, topla voda), pumpe, kompresori, isparivaci, kondenzatori, grijaci itd.

Rashladna oprema i ureilaji

Odredeni nivo rashladne opreme je prisutan na svim brodovima. Nivo te opreme je znatno veci na brodovima koji transportuju zivotne narnimice, gdje su izgra- dene rashladne komore velikog kapaciteta. Kod kontejnerskih brodova koriste se tzv. frigo-kontejneri sa ugradenom sopstvenom rashladnom opremom,

Pogoni i ureil"ji za kormilarenje

Osnovnu funkciju konnilarenja obavlja kormilarski list koga pokrece kormilarska masina, Sama kormilarska masina najcesce koristi elektrohidraulicni pogon. U slucaju da glavni pogon ne radi, kod nekih brodova funkciju kormila pre- uzimaju manevarski pramcani i/ili krmeni propeleri (fiksni propeleri, propeleri sa promjenljivim korakom). U nedostatku manevarskih propelera, manevrisanje se izvodi pomocu remorkera, a samo vezivanje pomocu priteznih vitala.

risti kontinua1ni transport sa trakastim transporterima. Pored trakastih transportnih sistema, rasuti materijali se transportuju pomocu hidraulicnih i pneumatskih transportnih sistema.

7 1.3. Brodska oprema i instalacije

Sanitami vod

Preko sanitarnog vodovoda rnorska voda se dovodi u sanitarne prostorije. Po- treban pritisak se ostvaruje pornocu hidrofora.

Protivozarni vodovod

Ovaj cjevovod je precizno definisan SOLAS konvencijom. Na brodu moraju postojati najmanje dvije pumpe smjestene na razlicitim (udaljenim) lokacijama. Cje- vovod je povezan sa hidrant ormarima u kojima se nalaze crevovodi sa mlaznicama,

Balastni cjevovod

Balastni cjevovod povezuje balastne tankove (tankovi u dvodnu broda, pramcani i krmeni tankovi, bocni visoki tankovi). Balastni tankovi se koriste za poboljsa- nje stabilnosti broda i trimovanje broda. Balastni tankovi ipod vodne linije se pune iz bunara, a tankovi iznad vodne linije vodom za pranje palube. Plavljenje tankova, odnosno usis vode iz tankova, vrsi se preko ventilskih grupa na koje su spojeni krak cjevovoda sa bunara (Kingston-ventili) i krak sa balastnih pumpi (najmanje dvije).

1.3.3. Prenosulci flutda=- cjevovodi

Cjevovodi sluze za prenos fluida i to: balastne vode, kaljuzne vode, protivpo- zarne vode, sanitarne vode, tople vode, pitke vode, pare, vazduha, dizel-goriva, ulja za podmazivanje itd. Materijal, dimenzije i nacin polaganja instalacije je regulisan propisima.

Cijevnu instalaciju cine: cjevovod realizovan cijevima i spojnim elementima, cijevna armatura, filtri, elementi za pricvrscivanje cjevovoda, elementi za dilataciju itd. Posebno je slozena cijevna annatura, koju cine razne vrste ventila i senzori os- novnih fizickih velicina sa mjernim instrumentima. Postoje razne podjele ventila. Tako prema nacinu upravljanja, ventili mogu biti rucni i automatski. Rucni su najcesce tipa slavine, zasuna, zaklopke, a automatski on/off tipa i regulacionog tipa. Regulacioni mogu biti membranski i motorni sa dva odnosno tri kraka. Prema funkciji koju obavljaju, ventili sluze za usmjeravanje toka fluida (nepovratni ventili), ventiti za pritisak (sigurnosni ventili, regulatori pritiska, presostati), protocni ventili (prigusivaci protoka, regulatori protoka) itd.

Oprema za navig

Brod je veoma slozeno transportno sredstvo, koje s gledista automatizacije predstavlja slozen objekat upravljanja. U okviru ovog objekta obavljaju se, u zavisnosti od namjene i nosivosti broda, veoma slozeni tehnoloski (brodski) procesi. Vo- denje broda i brodskih procesa predstavljali su za pomorce veliki napor kako u fizickom, tako i u strucnorn pogledu. Stogaje uvodenje mehanizacije, a kasnije i automatizacije, normalno olaksalo obavljanje pomorskih poslova. I pored toga, evolucija broda u prihvatanju tehnicko-tehnoloskih inovacija se veoma sporo odvija. Trebalo je da nova rjesenja budu dobro prihvacena na kopnu i da pritorn prode duzi vremenski period da bi bila prihvacena i na brodu. I danas na brodu, pored izuzetno kvalitetnih rjesenja baziranih na razvoju novih tehnologija, egzistiraju klasicna rjesenja od kojih se pomorci ne odvajaju tako lako.

Prednosti automatizacije su ocigledne. Njome se obezbjeduju: - smanjenje broja posade; - podizanje nivoa informisanosti o stanju procesa; - ekonomionije vodenje broda, uz kontrolisanu potrosnju goriva glavnog po-

gona i pomocnih pogona vece snage;

1.4. OPREMA ZA AUTOMATIZACIJU BRODA

Cjevovod goriva

Teska dizel-gorivo se skladisti u rezervoare goriva koji su opremljeni grijaci- ma. Gorivo se cjevovodom vodi do lokalnih rezervoara glavnog pogona i pomocnih pogona (parni kotlovi, dizel-generatori),

Pored navedenih, postoje cjevovodi malih presjeka, kao sto su: centralno top- lovodno grijanje, centralno pamo grijanje, centralno podmazivanje, centralni razvod ,,industrijskog" vazduha itd. Pored cijevnih instalacija, postoje kanalske instalacije sistema za klimatizaciju i ventilaciju.

Klt/juzui cjevovod

Kaljuzna voda nastaje tako sto se padavine sa otvorenih paluba, voda od pra- nja paluba, morska voda koja je prodrla na brod i sl. slivaju i skupljaju u posebne kanale (kaljuge). Zajedno sa vodom, u kaljuge se slivaju otpadna ulja i razni drugi otpaci. Stoga se ogranci kaljuznog cjevovoda zavrsavaju usisnim kosevima. Usis se ostvaruje pomocu kaljuznih pumpi (najmanje dvije), Ukoliko je sadrzaj otpadnih ulja velik, kaljuzna voda se, shodno propisima, separira radi odvajanja ulja.

Cjevovod pitke vode

Cjevovod pitke vode spaja rezervoar pitke vode sa potrosacima, Na rezervoar je spojen hidrofor sa pumpom za usis pitke vode. Pomocu posebne pumpe, pitka voda se potiskuje preko grijaca, tako da su potrosaci obezbijedeni hladnom i toplom pitkom vodom.

Na hidrofor moze da se spoji protivpozarni vodovod sa rasprskivacima (sprin- klerima),

9 1.4. Oprerna za automatizaciju broda

Automatizacija energetskog kompleksa

Ova automatizacija obuhvata skup pogona i uredaja kojim se ostvaruje proizvodnja fluida (para, topla voda, pitka voda, vazduh, struja itd.) nuznih za normal-

Automatizacija procesa manevrisanja

Ovom automatizacijomje obuhvaceno vodenje konnila i vodenje manevarskih propelera (engl. bow thrusters). Postoje razni nivoi autornatizacije: od direktnog upravljanja kormilarske masine do automatskog vodenja pomocu autopilota.

Automatizacija glavnog pogona

Ovaj sistem obuhvata odrzavanje brzine glavnog pogona (najcesoe dizel- motora) i kontrolisano doziranje goriva u zavisnosti od opterecenja, Realizovani su sistemi za regulaciju brzine propulzora sa fiksnim propelerom i za regulaciju brzine propulzora sa promjenljivim korakom propelera. Sistem ukljucuje i sve krugove regulacije pomocne opreme (hladenje, grijanje, podmazivanje itd.).

1.4.1. Klaslcna automatizacija brodsklh procesa

Kod klasicne automatizacije brodskih procesa, brodski procesi se pojedinacno ( odvojeno) vode a medusobne veze se ostvaruju preko operatora na osnovu indika- cije karakteristicnih velicina procesa prezentiranih na upravljackoj ploci. Obicno je u ovom slucaju nivo automatizacije pojedinih procesa razlicit, tako da je nekim pro- cesirna, iz razlicitih razloga, posvecena veca paznja nego drugim, Najcesce podjela automatskih sistema prati tehnolosku podjelu opreme.

- ustede u vremenu, a time i energiji vodenjem broda pomocu autopilota; - brze odvijanje procesa, a posebno procesa prekrcaja tereta; - povecan zivotni vijek trajanja mehanizacije s obzirom na upotrebu novih

materijala, kontrolisano podmazivanje, kontrolisano vodenje, uz smanjenje dinamickih naprezanja itd.

- ustede u troskovima odrzavanja s obzirom na kvalitetno vodenje i kvalitetniji monitoring te automatsku blokadu ekscesnih stanja itd.

Medu nedostatke nastale uvodenjem autornatizacije mogu se ubrojiti: - povecana cijena broda; - povecani troskovi osiguranja vezani za automatizaciju; - nuznost podizanja nivoa znanja smanjene posade itd.

Danas kada se govori o automatizaciji broda, najcesce se misli na: - klasicnu automatizaciju pojedinih brodskih procesa i - kompleksnu automatizaciju, gdje je vodenje svih procesa obuhvaceno jed-

nim sistemom,

I . Brod i brodska oprema 10

Distribuirani mikroprocesorski sistemi predstavljaju integralne sisteme vodenja sa funkcijama akvizicije (mjernih velicina), upravljanja, regulisanja, nadzora i protokolisanja (arhiviranja).

Na nivou procesa nalaze se transmiteri i izvrsni organi procesa (aktuatori). Od- redeni proces, odnosno skupinu srodnih procesa, vodi jedna procesna stanica. Pro- cesna stanica objedinjuje funkcije akvizicije procesnih velicina, funkcije Iogickog i numerickog upravljanja (programabilni logicki kontroler - PLC), funkcije digitalne regulacije (mikrokontroler - C), funkcije vise ; nivoa obrade procesnih promjen- Ijivih i upravljacko-regulacionih promjenljivih (personalni racunar=- PC iii neki drugi procesni racunar),

Procesne stanice posjeduju izrazen nivo autonomnosti u vodenju segmenata brodskih procesa, koji je formiran na bazi teorijskih i empirijskih znanja u vodenju tog dijela procesa pomocu primijenjene opreme. Procesne stanice su vezane u lokalnu racunarsku mrezu ( engl. Local Area Network - LAN). Na mrezu su vezane jedna ili vise operatorskih stanica, koje vrse visi nivo abrade procesnih promjenljivih, formirajuci nadredene signale procesnih stanica. Operatorske stanice posjeduju mocan softver i jaku periferiju. Na LAN mrezu moze da bude vezan i brodski poslovni racunar.

Distribuirani sistem se sastoji od vise podsistema:

1.4.2. Automatizacija brodova pomocu distribuiranih mikroprocesorskih sistema

Sistemi automatske ventilacije, grijanja i hladenja

Nivo automatizacije ovih sistema zavisi od namjene broda. Kod transporta rasutih materijala prisutni su sistemi ventilacije; na putnickim brodovima sistemi kli- matizacije; a na brodovima za transport namimica automatske hladnjace itd.

Automatizacija procesa balastiranja

Balastni sistem prati operacije prekrcaja tako sto anulira bocna i uzduzna naginjanja broda, vrseci odgovarajuce kompenziranje (engl. heeling compensation - kompenzacija nagiba).

Automatizacija prekrcaja tereta

Automatizacija procesa prekrcaja zavisi od vrste tereta. Najraznovrsnija je, ali i sa najnizim nivoom, automatska oprema za prekrcaj generalnog tereta (teretna vitla, samarice, dizalice, viljuskari itd.). Visi nivo automatizacije je ostvaren kod kontejnerskih brodova (posebne dizalice, liftovi, pokretne platforme i oprema za ho- rizontalni transport, oprema za uskladistenje itd.). Najvisi nivo automatizacije ostvaren je kod kontinualnog prekrcaja rasutih materijala (trakasti transported, hidraulicni transport, pneumatski transport) i tecnih tereta (hidraulicni transport).

no funkcionisanje broda. Njima su obuhvaceni sistemi vodenja parnih kotlova, dizel-generatora, turbogeneratora, osovinskog generatora, kompresorske stanice itd.

11 1 .4. Oprema za automatizaciju broda

1. Kreculj D., Colic V.: Plevna sredstva, Saobracajni fakultet Univerziteta u Beogradu, Be- ograd, 1988.

2. Colic V.: Sastav i opis plovidbenog brodovlja, Saobracani fakultet Univerziteta u Beo- gradu, Beograd, 1966.

3. Colic V., Kreculj D.: Brodovi i brodski strojevi Ii II, Saobracani fakultet Univerziteta u Beogradu, Beograd, 1964.

4. Tehnicka enciklopedija, II knjiga, Jugoslovenski leksikografski zavod, Zagreb,1966. 5. Pomorska enciklopedija, I izdanje, Jugoslovenski leksikografski zavod, Zagreb. 6. Lovricevic B.: Krcanje brodova, Skolska knjiga, Zagreb, I 961. 7. Nelepin R.A..: Avtomatizacija sudovih energeticeskih ustanovok, Sudostroenie, Lenin-

grad, 1975. 8. Radmilovic Z.: Savremena dostignuca i stremljenja u oblasti gradnje i opremanja brodova

morske i unutrasnje plovidbe (I i II), Saobracajni fakultet Univerziteta u Beogradu, Beo- grad, 1976.

9. Scetininoi A. L: Upravlenie sudnorn i ego tehniceskaja eksploatacija, Transport, Moskva, 1975.

10. Vujovic L.: Brodske pomocne masine i uredaji, Univerzitet Crne Gore, Podgorica, 1997. 11. Klasek Z.: Pornocni brodski strojevi, Skolska knjiga, Zagreb, 1983. 12. Ozretic V.: Brodski pomccni strojevi i uredaji, Rijecka tiskara, Rijeka, 1978.

LITERATURA

Podsistem skupa manjik procesa Ovim podsistemom mogu biti obuhvaceni: ventilacija, grijanje, klimatizacija,

hladenje (hladnjace) itd.

Podsistem nadzora Podsistem nadzora obuhvata skup gornjih i donjih kontrolnih vrijednosti pro-

cesnih velicina i skup gornjih i donjih granicnih vrijednosti procesnih velicina (alannni signali).

Podsistem prekrcaja tereta Ovaj podsistem obuhvata prekrcajne procese tereta i proces balastiranja.

Podsistem energetike Podsistem energetike obuhvata procese proizvodnje fluida (para, voda, vaz-

duh, struja),

Podsistem brodskih koniunikacija Ovaj podsistem posjeduje sopstveni racunar koji obraduje komunikacione in-

formacije ukljucujuci satelitske veze.

Podsistem mosta Ovaj podsistem obuhvata vodenje glavnog pogona, vodenje kormila i mane-

varskih propelera, uz automatsko odrzavanja kursa na bazi vise izvora infonnacija, ukljucujuci satelitske komunikacije,

1 . Brod i brodska oprema 12

Autornatskom vodenju tehnoloskih procesa prethodi doba mehanizacije. Me- hanizacija podrazumijeva koriscenje mehanizama za oslobadanje covjeka od teskih fizickih poslova. Proces zamjene fizickog rada radom mehanizama se odvijao veoma sporo. Tek se u srednjem vijeku za pokretanje mlinova i tkackih razboja koriste energija vode i vjetra, Smatra se da je pocetak intenzivne mehanizacije zapoceo pronalaskom pame masine i da vec prakticno traje dva vijeka. Sve slozeniji proiz- vodni procesi su nuzno iziskivali razvoj tehnickih sredstava za vodenje mehanizama i potpuno oslobadanje covjeka od teskih fizickih poslova. Vodenje, odnosno upravljanje mehanizmima, predstavlja oblast automatizacije (engl. automatisationy. U uzem smislu automatizacija obuhvata sve mjere kojima se smanjuje udio ljudskog rada u proizvodnji, kao i u procesima vezanim za proizvodnju, U sirem smislu automatizacija obuhvata i oblast mehanizacije,

Naucno-tehnicka disciplina koja obraduje kako sredstva vodenja procesa tako i teoriju vodenja zove se automatika (engl. control engineering, automatics). Vodenje procesa podrazumijeva tehnicka sredstva za vodenje i same mehanizme za konver- ziju materije i energije uz pomoc energije. Tehnicka sredstva vodenja obraduju informacije (zadate informacije na bazi kojih treba da se vodi proces, informacije o stanju samog procesa, zakonitosti procesa) na bazi cije abrade se vode mehanizmi.

Oblast tehnickih sredstava koja primaju informacije, uzimaju informacije o procesu, vrse obradu informacija na bazi postavljenih programa kako bi se obrade- nim informacijama upravljalo mehanizmima, poznata je pod imenom tehnicka ki- bemetika (engl. technical cybernetics). Ime kibemetike potice od grcke rijeci ,,ci- bernetes" koja znaci krmarenje, upravljanje i u pocetku je bilo povezano sa vodenjem brodova - krmarenjem. Platon je tim imenom nazivao nauku o brodskoj navi- gaciji, dok je francuski inzenjer Amper (Ampere) tim imenom nazivao nauku o upravljanju ljudskim drustvom, Viner (Wiener) je tim irnenom obuhvatio opste za- kone vodenja, ukljucujuci tehnicke sisteme, ekonomske sisteme i sisteme zivih or- gamzama.

Savremena kibernetika obuhvata i druge oblasti. Tako je, pored tehnieke, posebno poznata biokibemetika. Roboti bazirani na racunarima predstavljaju najsloze- nije autornatske uredaje. To su kibernetski uredaji opremljeni odgovarajucim nivoom vjestacke inteligencije.

2. UOPSTE 0 SISTEMIMA AUTOMATSKOG VOE>ENJA

Da bi se govorilo o vodenju procesa i objekata, nuzno je pojasniti pojmove procesa i objekta. Oba pojma SU obuhvacena jos sirim pojmom sistema. Sistem, uopste uzevsi, predstavlja jednu organizovanu fizicku cjelinu sastavljenu od skupa jedinica skladno povezanih radi ostvarivanja odredenog cilja, U tom smislu moze se govoriti o velikim sistemima, kakvi su: Iuka, brod, tennoelektrana, celicana itd., ali i o malim sistemima, kakvi su elektropec i frizider u domacinstvu. Sarni sistemi se prema odnosu na prostor mogu podijeliti na dvije grupe: na proizvodne procese ili, krace, procese i na objekte. Procesi su: proizvodnja struje, proizvodnja celika, drzanje kursa broda, pecenje hljeba i sl., dok su objekti: avian, raketa, brad, automobil, tokarski noz itd. Objekti kao sisterni mijenjaju prostor, pa se govori o vodenom ob- jektu. U ovom smislu se moze govoriti i o vodenom dijelu (npr. pomenuti noz na to- karskom stroju). Postoje odredene slicnosti ali i razlike u vodenju procesa i objekata. Tako se procesi vode da bi se ostvarile odgovarajuce konverzije materije uz pomoc energije, a objekat se vodi da bi se ostvarilo odgovarajuce kretanje u smislu pomjeranja.

Automatsko vodenje procesa podrazumijeva savremeno vodenje uz pomoc mocnih sistema vodenja. Cak i kod dobro opremljenih automatskih sistema vodenja predvidaju se tri nivoa vodenja:

- potpuno automatsko vodenje, kada se odvijanje procesa ostvaruje bez ucesca covjeka, ali, jasno, na bazi njegovih znanja;

- poluautomatsko vodenje, kada covjek preuzima vodenje nekih funkcija procesa na bazi automatski obradenih informacija;

- rucno vodenje procesa, kada covjek, iz nekih razloga, na bazi redukovane kolicine informacija o procesu ili na bazi direktnog (vizuelnog) sagledavanja procesa, vodi proces.

S gledista principa vodenja procesa, sva tri nacina su ista. Za sada se poluautomatsko i rucno vodenje predvidaju kao rjesenja, zbog nedovoljne opremljenosti i1i nedovoljne pouzdanosti sredstava za automatsko vodenje, a teznja je da se oni potpuno izbace i zamijene redudantnim sistemima vodenja, Vazno je napomenuti da u sistemu covjek-masina, covjek postavlja nacine vodenja procesa, prati odvijanje procesa i permanentno (blagovremeno) vrsi korekciju odvijanja procesa. Korekcije se odnose na pojave poremecaja, odnosno smetnji, koje covjek odstranjuje imajuci u vidu konacan rezultat vodenja.

Savremena sredstva vodenja upravo rade sto i covjek u sistemu covjek - proces. Ona na bazi ,,inteligencije" koju im je ugradio covjek, potpuno nezavisno od covjeka vrse vodenje procesa. Kvalitet vodenja jasno zavisi od nivoa ugradene inteligencije i pouzdanosti sredstva vodenja i mehanizama, Nivo ugradene inteligencije zavisi u prvom redu od slozenosti samog procesa. Jasno je da jednostavniji procesi podrazumijevaju jednostavnija sredstva vodenja.

Sistemi vodenja procesa i objekata mogu biti veoma razliciti. Jedna od podjela je vezana za izbor infonnacija na bazi kojih se vrsi formiranje odluka o vodenju, Tako se odluke mogu formirati na bazi ulaznih velicina procesa i na bazi ulaznih i izlazn.ih velicina procesa. U prvom slucaju se radi o otvorenom sistemu vodenja, a u drugom o zatvorenom sitemu vodenja.

2.1. VODENJE TEHNOLOSKIH PROCESA I OBJEKATA

2. Uopste o sistemima automatskog vodenja 14

Kao primjer otvorenog sistema moze posluziti elektropec sa grejnom plocom. Obicno se dotok energije upravlja preklopnikom koji posjeduje vise polozaja, pri cemu je uspostavljena zavisnost polozaja kod okretanja preklopnika i nivoa dotoka elektricne energije.

Za primjer otvorenog sistema sa kompenzacijom moze da se uzme semafor na raskrsnici. Semafor, naizmjenicnim smjenjivanjem crvenog, zutog i zelenog svijetla, radi programski sa unaprijed programiranim trajanjima intervala za oba pravca. Ob- radom informacija gustine saobracaja na pravcima (gustine saobracaja su promjenljive velicine pa se mogu tretirati kao poremecajne velicine), obradena informacija moze se dovoditi programskoj jedinici radi automatske korekcije (automatska kompenzacija) vremenskih intervala koji odgovaraju pojedinom pravcu.

Slika 2.1. Blok-sema upravljackog sistema a) sistern bez kompenzacije poreme6ajne velicine

b) sistem sa djelimicnom kompenzacijom poremecajne velicine

b) a)

P/OU m(t) us

Z1(t) Z1(t)

i l us H P/OU 1--2+

z(t)

Kod otvorenih sistema, jedinica za vodenje moze da formira upravljacko dje- Iovanje na osnovu zadanog programa vodenja. Programom je predvideno da izlaz na promjene ulaza odgovori na tacno odredeni, unaprijed predvideni nacin, Promje- nama ulaza odgovara tacno definisano ponasanje izlaza. Programom moze

Osnovni nedostatak otvorenih sistema se sastoji u nemogucnosti pune kontrole upravljane (izlazne) velicine, pesto ona zavisi ne samo od upravljacke velicine nego i od raznih poremecaja u samom procesu koje upravljacka jedinica ne poznaje i koje shodno tome, ne moze kompenzovati. Zato se upravljanje, odnosno vodenje una- p;ijed (unaprijedno vodenje procesa) koristi samo u posebnim slueajevima, kada zahtjevi kvaliteta vodenja nisu izrazeni,

2.3. AUTOMATSKA REGULACIJA

Stika 2.2. Blok-sema sistema upravljanja

' ' ' ---------~-------------------~----~--~ IZVRSN! ORGAN

UPRAVLJACKA JED!NICA

PROGRAMSK! UREDAJ

Kada se govori o upravljackom sistemu, najcesce se rnisli na samu upravljacku jedinicu (upravljacki sistern u uzem smislu) koja se sastoji od upravljackih elemenata i izvrsnih elemenata, Kada se govori o upravljackom sistemu u sirem smislu, obuhvaceni su: programska jedinica ulaza, upravljacka jedinica i sam proces. Kako je pomenuto, u proizvodnji proces obuhvata vise tehnoloskih operacija vezanih za transformaciju materije (npr. proces valjanja). Kod objekata upravljanja, misli se na upravljanje alatnom masinorn, brodom, automobilom, raketom. Na slici su malim slovima predstavljene osnovne velicine sistema upravljanja. Cesce se vremenska zavisnost ne naglasava, pa se umjesto w(t), m(t) i x(t) koriste simboli w, m, x, kojima se vremenska zavisnost pretpostavlja (trenutne vrijednosti, slika 2.lb).

Upravljacka velicina w(t), odnosno w, je ulazna velicina koja se dovodi upravljackoj jedinici da bi se preko nje upravljalo procesom.

Upravljacko djelovanje m(t), odnosno m, je velicina koju generira upravljacka jedinica a koja direktno odreduje ponasanje procesa.

Upravljana velicina x(t), odnosno x, je izlazna velicina procesa nastala kao rezultat uticaja upravljackog djelovanja na proces. To je karakteristicna velicina procesa, odnosno objekta upravljanja.

Poremecajna velicina, poremecaj i1i smetnja z(t), odnosno z, je nezeljena (ne- predvidljiva) ulazna velicina procesa kojom se -remeti upravljana velicina x. Pore- mecajni signal maze da djeluje na bilo koji elemenat upravljackog sistema,

Neste razvijenija sema upravljackog sistema je prikazana na slici 2.2. Uprav- ljacki sistem u uzem smislu cine upravljacka jedinica i izvrsni organ. Umjesto upravljacke jedinice, u zavisnosti od slozenosti, moze se govoriti o upravljaekom sklopu odnosno upravljackim elementima. Slicno, umjesto o izvrsnom organu, moze se govoriti o izvrsnim elementima, Izlaz izvrsnog organa se vodi na izvrsni mehanizam procesa. Izvrsni organ koji pogoni izvrsni mehanizam obicno pripada upravljackom sisternu. a izvrsni mehanizam (dio radne masine) procesu.

2. Uopste o sisternima autornatskog vodenja 16

Regulacioni sistem posjeduje povratnu spregu koja obezbjeduje fino postavljanje i odrzavanje temperature. Zeljena temperatura se postavlja pomocu potenciometra P. Pomocu komparatora K, vrsi se poredenje zeljene i stvame temperature. Stvama temperatura se indicira pomocu indikatora I. U pocetku je stvarna temperatura znatno niza od zeljene. Komparator K detektuje ovu razliku i salje je na regulator R. Regulator obrazuje signal razlike temperatura i preko tiristorske jedinice TJ maksimalno otvara dotok energije u pee. Temperatura raste a, shodno tome, srna- njuje se razlika izmedu zeljene i stvarne temperature. Regulator obraduje signal razlike i postepeno preko tiristorske jedinice smanjuje dotok energije, da bi ga kod iz- jednacenja temperatura sasvim ukinuo. Dalje odrzavanje temperature peci se svodi na kontrolisano pustanje energije u kolicinama koje odgovaraju gubicirna energije u peci (gubici na zagrijavanom predmetu, gubici na okolini).

Osnovna karakteristika regulacionog sistema je povratna sprega ( engl. feed- back) pomocu koje se na ulaz sistema dovodi izlazna velicina. Ranije su kod sistema vodenja (generalnog sistema) korisceni termini vodece i vodene velicine. Sli- cno su kod upravljackog sistema korisceni termini upravljacke i upravljane velicine. Kod regulacionog sistema odgovarajuci termini ulazne i izlazne velicine su zadana (referentna) i regulisana velicina. Normalno je

Slika 2.5. Razvijena blok-sema regulacionog sistema

Regulator se sastoji od komparatora, kola za vremensko oblikovanje signala regulacionog odstupanja i pojacavaca. Oblikovanje signala regulacionog odstupanja vrsi se prema zahtjevima ponasanja regulacionog kruga (P, PI, PID ponasanje, tacka 4.2.2). Pojacavac pojacava izlazni signal vremenskog bloka shodno potrebama izvrsnog uredaja. Postoje razne vrste izvrsnih uredaja i organa, Na slici 2.3b je prikazana tiristorska jedinica kao izvrsni organ preko koje se kontrolisano dozira elektricna energija u pee. Kasnije ce biti pokazano (tacka 4.3.4.2.) da se izlazni signal regulatora vodi na generator okidnih impulsa, koji kao medujedinica fazno upravlja tiristorskom jedinicom. Na slikama 2.10 i 2.18 su prikazani aktuatori sa kombina-

L---------------------------------- POJACAVAC RUCNO VOl:)ENJE

INDIKATOR ~w----------~~--~-~---------------1 REGULATOR I

SENZOR 1------1---

Ako se radi o odrzavanju temperature peci, onda se na ulazu regulatora porede signal referentne temperature peci w i signal stvame temeperature peci x.. Signal regulacionog odstupanja e se obraduje i pojacava u regulatoru da bi se njime uprav- Ijao servomotor. Servomotor u zavisnosti od toga da Ii je temperatura peci u odnosu na vrijednost referentne temperature povecana/smanjena, na bazi signala regulators vise ili manje zatvara/otvara servoventil na ulazu goriva u pee ostvarujuci sma-

Slika 2. 7. ,,Razvijena" blok-sema regulacionog sistema w - zadana vrijednost, e - regulaciono odstupanje, u - regulirajuca velicina,

m - posredna regulirajuca velicina, y - izvrsna regulirajuca velicina, x - regulisana velicina, x1 - mjerni signal regulisane velicine

PRETVARAC i I

, P/OU U SIREM SMISLU i ~--------------------~----~--M J

r--~-~----~-~~-~-~~~------------------------------, I I I I I I

: SERVO SERVO P/OU X : X MOTOR VENTH,

Treba naglasiti da konfiguracija pojedinih blokova regulacionog sistema nije uvijek vidljiva niti potpuno definisana, u kom smislu se moze govoriti o regulatoru sa ogranicenim karakteristikama, o regulatoru u sirem smislu (regulacioni uredaj) i o regulatoru baziranom na informacionom sistemu (racunarski sistem). Slicno, moze se govoriti o veoma jednostavnim procesima ili o veoma slozenim procesima. Na slici 2.7 je prikazana blok-sema regulacionog sistema sa procesom u sirem smislu karakteristicnom za energetiku gdje se dotok materije/energije vrsi preko servoventila.

Slika 2.6. Blok-sema regulacionog sistema sa izrazenom jedinicnom povratnom spregom

a) blok-sema sa porernecajnom velicinom na aktuatoru b) blok-sema sa poremecajnom velicinom na procesu

~

~P/OU z:!:

R T ~ R HP/OU ~ a) b)

cijom servomotora i servoventila, Detaljnije funkcionisanje pneumatskih i hidraulicnih aktuatora je opisano u tackama 4.3.l i 4.3.2.

Izrazeni uticaj povratne sprege je mnogo bolje naglasen na blok-semi regulacionog sistema prikazanoj na slici 2.6a. To je ista ,,simetriena" blok-sema prikazana na slici 2.4b. Pored ove, cesto se srece i blok-sema predstavljena na slici 2.6b, nastala pomjeranjem poremecajne velicine sa radnog organa na proces.

19 2.3. Autornatska regulacija

Slika 2.8. Staticke karakteristike a) linearna b) nelinearna sa zasicenjem c) nelinearna sa hesterezisom

c) b) a)

+ yj r-----. I

--- .. - '----- .. II> x ----II> x

Postoji vise podjela sistema automatske regulacije. Tako se, prema karakteru dinamike procesa i interakcija, kao i prenosa informacija izmedu pojedinih blokova, SAR mogu podijeliti na kontinualne i diskretne.

Kontinualni (neprekidni, analogni) SAR SU sistemi kod kojih SU sve prornjen- ljive (varijable) neprekidne funkcije vremena. Diskretni SAR su sistemi kod kojih se bar na jednom mjestu u sistemu prenos informacija izmedu promjenljivih odvija u diskretnim intervalima vremena, U ovu grupu SAR spadaju familije impulsnih i digitalnih sistema. Impulsni sistemi sadrze jedan Hi vise blokova koji pretvaraju kontinualni ulazni signal u niz impulsa na izlazu,

Digitalni sistemi vrse digitalnu obradu i digitalni prenos informacija izmedu pojedinih blokova, a sarna regulacija se vrsi pomocu digitalnog kontrolera. Danas u distribuiranim sistemima vodenja tehnoloskih procesa posebnu primjenu su nasli mikroprocesorski kontroleri (C), s obzirom na velike rnogucnosti slozene obrade informacija prema softverski postavljenim programima (poglavlje 8).

Druga podjela SAR se bazira na lineamosti odnosno nelinearnosti jednacina koje opisuju dinamiku procesa. Po ovoj podjeli, SAR mogu biti linearni i nelinearni.

Lineami SAR su oni sistemi cije su staticke karakteristike svih blokova linearne prirode. Kada se dinarnika sistema moze predstaviti linearnim diferencijalnim i algebarskim jednacinama sa konstantnim koeficijentima, onda je rijec o stacionarnim linearnim sistemima, za razliku od drugih linearnih sistema u koje spadaju razne klase specijalnih lineamih sistema.

Nelinearni SAR su oni sistemi ciju dinamiku opisuju nelineame jednacine (algebarske, diferencijalne ). Kod ovih sistema bar jedan blok ima nelinearnu staticku karakteristiku (slika 2.8).

Podjela sistema automatske regulacije (SAR)

njenje/povecanje dotoka. Kod klasicnih servoregulatora brzina servomotora nije za- visila od velicine greske, dok je kod savremenih ta zavisnost ostvarena.

Uopste o sistemima autornatskog vodenja 20

Prema broju povratnih sprega, SAR se mogu podijeliti na sisteme sa jednom spregom i sisteme sa vise sprega. SAR sa jednom povratnom spregom su bili predmet dosadasnjeg razmatranja, SAR sa vise povratnih sprega nisu predmet ovog kursa. lzuzetno, bice obradeni posebni slucajevi SAR sa dvije povratne sprege: paralelna regulacija i kaskadna regulacija (tacka 6.3).

Kada su u pitanju slozeni sistemi automatskog vodenja tehnoloskih procesa, pogona i fabrika uz pomoc racunara, onda postoje dva koncepta vodenja: centralizovani sistem vodenja i decentralizovani sistem vodenja.

Centralizovani sistem vodenja podrazumijeva postojanje mocnog centralnog procesnog racunara koji upravlja sveukupnim procesom. Procesni racunar je direktno spregnut sa procesom. On sluzi za upravljanje, regulaciju, nadzor i monitoring tehnoloskog procesa. Ovaj koncept vodenja procesa posjeduje vise ogranicenja i smatra se prevazidenim.

Decentralizovani sistem vodenja predvida decentralizovano vodenje procesa. Medu raznim nacinima decentralizovanog vodenja najsire je prihvacen distribuirani sistem vodenja, pri cemu je prihvacena prostoma distribucija vodenja djelova procesa i hijerarhijska nadleznost u odlucivanju. Na nivou procesa se nalaze programabilni logicki kontroleri (PLC) i mikrokontroleri (C) sa nadredenim stanicama na bazi personalnih racunara (PC) vezanih u lokalnu racunarsku mrezu (LAN). Na visem nivou se nalazi mocni poslovni racunar ili mreza poslovnih racunara (LAN).

Prema ponasanju ulazne (referentne) promjenljive, SAR se mogu podijeliti na: sisteme automatske stabilizacije (tacka 2.3.l) i sisteme slijedne regulacije (tacka 2.3.2). Poseban slucaj slijedne regulacije predstavlja adaptivna regulacija (tacka 2.3.3).

Slika 2.9. Relejna staticka karakteristika a) sa rrutvom zonom b) sa mrtvorn zonom i histerezisom c) idealna relejna

karakteristika

c) b) a)

-.. ........................ ~- ...... ---~ y y y

... x x x

Posebnu grupu nelinearnih sistema predstavljaju relejni sistemi. Relejni sistemi su i pored toga sto ne posjeduju visoke performanse veoma siroko primijenjeni u praksi. To su sistemi koji imaju u svom sastavu jedan ili vise blokova sa relejnom statickom karakateristikom (slika 2.9). S obzirom na dinamiku procesa, relejni sistemi pripadaju skupini diskretnih SAR.

21 2.3. Automatska regulacija

Slijedna regulacija je nacin regulacije u kome regulisana velicina u potpunosti slijedi ulaznu (zeljenu) velicinu (engl.follow up control, njem. Folgeregelung). Jav- lja se u raznim oblicima kao: programska regulacija, parametarska regulacija i servoregulacija.

2.3.2. Slijedna regulacija

Na slici 2.10 prikazana je blok-sema odrzavanja nivoa tecnosti u rezervoarn. Pomocu potenciometra P postavlja se referentna vrijednost nivoa. Informacija o stvamoj vrijednosti nivoa se dobija pomocu plovka i diferencijalnog transformatora (tacka 4.1.1). Regulator vremenski obraduje signal regulacionog odstupanja, pojacava ga i upravlja servomotorom regulacionog ventila. Tako je porast nivoa pracen odgovarajucim povecanjem signala x. Ako regulaciono odstupanje e = w - x poprimi negativne vrijednosti, regulator ce formirati signal zatvaranja servoventila. Ukoliko bi potrosac prestao da koristi tecnost, regulator bi preko servoventila potpuno zatvorio dotok tecnosti u rezervoar. Regulator odrzava konstantnim nivo tee- nosti u rezervoaru nezavisno od potrosnje tecnosti, ali je za regulaciju mjerodavan poremecaj regulisane velicine, pesto je ref erentna velicina konstantna.

Slika 2.10. Automatska stabilizacija nivoa

t -_-_-_-_--_- __ -_-_- H =-=-=-=-=-=-=-=-=-=

e REGULATOR

2.3.l. Automatska stabilizacija procesnih velicina

Automatska stabilizacija procesnih velicina (engl. constant value control) je poznata pod nazivorn cvrsta, fiksna regulacija. Ovaj termin je uzet iz njemacke literature (njem. Festwettregelungy, a podrazumijeva drzanje regulisane velicine na konstantnoj (cvrstoj) vrijednosti. Pomocu potenciometra referentne velicine postavlja se zeljena vrijednost regulisane velicine da bi regulator odrzavao tu namjestenu vrijednost.

Ova regulacija je siroko primijenjena za stabilizaciju tehnoloskih velicina kao sto su: napon, pritisak, protok, temperatura, nivo itd. Ranije su kod crnobijelih tele- vizora bili u upotrebi stabilizatori mreznog napona, kojima su velike varijacije napona napojne mreze drzane u odgovarajucim granicama u kojima su televizori radili zadovoljavajuce.

Uopste o sistemima autornatskog vodenja 22

Slika 2.12. Blok-sema parametarske-slijedne regulacije

w REGULATOR

x

,...,,. ......... ,,, ........... I I I I Ro--~-'----1..i---.~~~~~~~~~~~~-+-~~~_J :n .... ... ... ... ... - _,

p(t) llt---1-----.

~para

Parametarska regulacija

U hemijskom reaktoru (kotao) vrsi se isparavanje smjese tecnosti. Na nekoj temperaturi i pritisku izdvaja se jedna od komponenata, pri cemu je parcijalni pritisak para te komponente najznacajniji, Kako temperatura zavisi od pritiska para, to se odrzavanje temperature moze ostvariti na bazi pritiska para kao promjenljivog parametra procesa isparavanja, koji se uzima kao referentna vrijednost, pa otuda i naziv parametarska-slijedna regulacija,

Slika 2.11. Programska regulacija temperature

w VS')~ REGULATOR

:-;,:,-tn : ..... l ....... ,~~~~~~~~ I I - ............. J

Programska regulacija je dobila ime prema programu ulazne promjenljive. Taj program moze biti kontinuirana kriva, iii mote biti sastavljen od segmenata. Na slici 2.11 dat je program grijanja u elektropeci. Program se sastoji od segmenata sa konstantnim gradijentom temperature i segmenata konstantne temperature. Shodno navedenom, programska regulacija se sastoji od segmenata slijedne regulacije, kada regulisana velicina prati ulaznu velicinu, i segmenata automatske stabilizacije, kada se regulisana velicina odrzava konstantnom. Principijelnih razlika u funkcionisanju slijedne i cvrste regulacije nema.

Programska regulacija


Slika 2.13. Blok serna sistema automatske regulacije (poredenje) 'a) regulacija procesa b) regulacija objekata vodenja

Kretanje objekata n prostoruje veoma slozeno i moze se predstaviti rotacijom i translacijom u odnosu na tri ose koje prolaze kroz teziste objekta, poznate kao osa skretanja, osa posrtanja i osa valjanja. Kretanje broda se vrsi u ravni i znatno je jednostavnije, tako da se zadovoljavajuce rjesava metodama klasicne automatske regulacije. Na kurs broda uticu referentna promjenljiva w i poremecajna velicina z, tj. spoljasnje smetnje uslijed djelovanja morskih valova, vjetra, morskih struja i drugih poremecaja, Poremecajna velicina je slucajne prirode a pojavljuje se kao skretanje broda sa referentnog kursa. Zirokompas detektuje odstupanje odreferentnog kursa i unosi korekciju u diskriminator (komparator). U diskriminatoru se fonnira razlika signala w i xi> poslije cije obrade i odgovarajuceg pojacanja autopilot formira regu- lirajuci signal konnilarskog uredaja, koji ostvari odgovarajuci otklon kormila potreban za ispravljanje kursa broda (slika 2.14).

U poglavlju 7 su znatno detaljnije opisani kormilarska masina i autopilot.

b) a)

x R

R

OU MOTOR p

Servoregulacija je siroko zastupljena kod slijednih SAR, poznatih pod imenom servosistemi. U americkoj literaturi ovi sistemi su poznati pod imenorn servomehanizmi (engL servomechanism). Koristi se i termin prateci sistemi, s obzirom na ci- njenicu da regulisana velicina u potpunosti prati referentnu velicinu koja se mijenja na unaprijed nepoznat nacin.

Servosistem i servoregulacija su posebni slucajevi regulacionog sistema i slijedne regulacije. U slucaju servoregulacije radi se o regulaciji kretanja dijela masine (npr. noza kod alatnih masina) ili kompletnog objekta, kakvi su brod ili raketa. Pro- ces se u ovom slucaju zamjenjuje objektom upravljanja (vodeni dio, vodeni objekat) ili, krace, objektom. Ponekad se govori o navodenju, a tada se konacna pozicija koristi kao referenca prema kojoj se vodi objekat. U ovom slucaju izlazna velicina je pozicija, pa se govori o pozicionim servomehanizmima. Slicno, maze biti rijec i o brzinskim servomehanizmima kada je referenca brzina. Postoje servomehanizmi sa regulacijom ubrzanja i trzaja (trzaj je prvi izvod ubrzanja ili treci izvod pozicije),

Na slici 2.13 sematski je napravljeno poredenje regulacionog sistema i servo- sistema.

Servoregulacija

Uopste o sisternima autornatskog vodenja 24

Slika 2.15. Blok-sema sistema adaptivne regulacije

Kakva je funkcija adaptivne regulacije, bice pokazano na primjeru regulacije pamog kotla lozenog loz-uljem. Na slici 2.16 je prikazan klasicni nacin regulacije ostvaren regulacijom odnosa goriva i vazduha (engl. ratio control).

w

ADAPTIVNA JEDINICA x (RA CUN AR) ~,;,;;._ __ __1

v

REGULATOR SA PODESIVIM PARAMETRIMA

x PROCES

Slika 2.14. Kretanje broda pomocu autopilota (servoregulacija)

USLOV! ADAPTACIJE

z

2.3.3. Adaptivna regulacija

Opisani sistemi slijedne regulacije zadovoljavaju za odredeni nivo poremecaja i u odredenim intervalirna prornjena regulisane prornjenjive za koje je sistem pro- jektovan. Jasno, u granicnim podruejima opsega za koji je sistem predviden greske regulacije mogu da budu znatno vece. Adaptivna regulacija ( engl. adaptive control) omogucuje adaptiranje (prilagodavanje parametara regulacije) na prornjenjive uslove, tako da podjednako uspjesno pokriva znatno siri opseg regulacije, koji inace ne bi mogla, odnosno ne bi mogla tako kvalitetno, da adaptiranje nije izvedeno. Na blok-semi (slika 2.15) je prikazano funkcionisanje adaptivne regulacije. Posebna jedinica za adaptaciju obraduje signale regulisane promenjive, poremecajne promenjive (nekada i regulirajuce promenjive i regulacionog odstupanja), da bi se na bazi njihovog odnosa i uslova adaptacije formirao upravljacki signal v pomocu koga se vrsi mijenjanje podesivih pararnetara regulatora.

x

ZIROKOMPAS

x,

BROD ~w-..rXt--::..e 1HAUTOPILOT KORMILARSKA MASIN A

z


Slika 2.17. Zavisnost potrosnje ulja od viska vazduha pri razlicitim opterecenjima pamog kotla

2,5 2,0 1,5 1,0

q,,s

: \. r, O:u : r \

, ,, ,, M

Znatno bolje ispunjenje navedenih zahrjeva ostvaruje se pomocu slozene regulacije prikazane na slici 2.18. Slozena regulacija se sastoji od slijedne regulacije dotoka ulja i regulacije odnosa ulje/vazduh. Pomocu regulatora ,,pritiska" regulise se dotok ulja, dok se pornocu regulatora odnosa (engl. ratio controller) regulise odnos ulje/vazduh. Pornocu regulatora odnosa moze se postaviti zavisnost r1 - r1, pred- stavlj ena na slici 2.1 7.

Jos bolje prilagodenje ostvaruje se ako se regulatoru odnosa doda optimator, posebna jedinica za izracunavanje optimalne vrijednosti viska vazduha (slika 2.19),

Slika 2.18. Regulacija procesa sagorijevanja pomocu regulatora pritiska i regulatora odnosa

e REGULATOR PRITISKA

x

~ izduvni ~ vodena aSOV! para

REGULATOR p(t) ODNOSA vazduh

uljc

~

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Neadekvatna kolicina vazduha prouzrokuje bilo pojavu cacti bile izrazenije trosenje ozida. Kod savrernenih kotlovskih postrojenja visak vazduha se mjeri ana- lizom izduvnih gasova (senzori 02, CO i C02). Odnos gorivo/vazduh se u konkret- nom rjesenju odrzava preko servomotora i posebne sprege servomotora i ventila Vu i Vz Servoventil Vu djeluje na protok ulja zatvaranjem/otvaranjem povratnog voda, Tada sprega funkcionise take da se zatvaranjem ventila Vu vrsi odgovarajuce otva- ranje ventila Vz (direktna inverzna mehanicka sprega).

Potreban visak vazduha u peci zavisi od potrosnje pare. Na slici 2.17 je prikazana zavisnost potrosnje ulja od viska vazduha za razlicita opterecenja pamog kotla odnosno za razlicite potrosnje pare (qp1, qP2, ... qp6). Obicno se kod odabrane radne tacke (konstantna potrosnja) visak vazduha namjesta rucno. Problem se javlja kod promjenjive potrosnje, Neka, primjera radi, opterecenje iznosi qp4 i neka je za tu potrosnju odabrana radna tacka R sa komponentama o:0 i q0 Ako se posmatraju radne tacke na krivama potrosnje qP5 i qP6 za namjesteni visak vazduha a0, onda namjesteni visak vazduha dobro odgovara, pesto se potrosnja goriva krece oko mini- muma. Sasvim je druga situacija kod opterecenja qP3, qP2 i qpl gdje, posebno u slucaju qP1, dolazi do izrazenog povecanja potrosnje ulja. Ocigledno je da umjesto kon- stantnog viska vazduha, izrazenog pravom r - r, bolje odgovara promjenjivi visak vazduha izrazen pravom r1 - r2. Ovo je razlog uvodenja adaptivne regulacije.

27 23. Automatska regulacija

1. Stojic M R.: Kontinualni sistemi autornatskog upravljanja, Naucna knjiga, Beograd, 1985.

2. Bozicevic J.: Ternelji automatike I, Skolska knjiga, Zagreb, 1990. 3. Surina T: Analiza i sinteza servomehanizama i procesne regulacije, Skolska knjiga, Za-

greb, 1974. 4. Simic D.: Osnovi automatskog uprav lj anj a, N aucna knjiga, Beograd, I 990. 5. Sekulic MR.: Osnovi teorije automatskog upravljanja - servornehanizmi, Naucna knjiga,

Beograd, 1976. 6. Saper R., Mitrovic M: Automatska regulacija procesa, Tehnolosko-metalurski fakultet,

Beograd, 1982. 7. Matic B.: Projektovanje sistema automatske regulacije i upravljanje tehnoloskih procesa,

Svjetlost, Sarajevo, 1989.

LITERATURA

Slika 2.19. Adaptivna regulacija procesa sagorijevanja

Adaptivna regulacija je nasla siroku primjenu kod regulacije brzine elektromotornih postrojenja, Tako su strujni regulatori u kaskadnim spregama tiristorskih regulatora jednosmjernih motora adaptivne prirode. Kod njih se vrsi automatsko ,,preklapanje" karakteristika u zavisnosti od toka struje u prekidnom ili neprekid- 110111 rezimu rada.

Princip adaptacije karakteristika je nasao najsiru primjenu kod digitalnih regulatora (mikrokontrolera), gdje je, s obzirom na programske (softverske) moguc- nosti, obezbijedena znatno veca fleksibilnost kreiranja ponasanja regulatora.

e x

p(t)

+ vodena di para

REGULATOR PR!TlSKA

vazduh

napojna voda

a.(lp!

t izduvni asovi

uslovi adaptacije

preko koje se koriguje odnos ulje/vazduh u regulatoru odnosa. Optimator, na osnovu potrosnje goriva i empirijskih znanja o potrebnom visku vazduha generira signal a0P, za uskladivanje pararnetara regulatora odnosa ulje/vazduh.

Uopste o sistemima automatskog vodenja 28

Veza izmedu ulaznih i izlaznih velicina automatskog sistema vodenja, odnosno izmedu izlazne i ulazne velicine nekog od elemenata si.stema najbolje se izrazava pomocu matematickog modela. Najopstije postavljanje odnosa izmedu izlaza i ulaza ukljucuje materijalni bilans i/ili energetski bilans. Na bazi odnosa izmedu dovedene materije/energije i odvedene materije/energije, moze se suditi o npr. ponasanju procesa. Tako se u slucaju automatske stabilizacije (tacka 2.3.1.) regulacija nivoa za- snivala na odnosu doticanja vode u rezervoar i oticanja vode iz rezervoara. Tako, stacionarno stanje nivoa odgovara izjednacenju kolicine vode koja ulazi i kolicine vode koja izlazi iz rezervoara. Poremecaj nastao uslijed promjenljive potrosnje odgovara dinamickom stanju nivoa, uslijed koga dolazi do povecanja ill smanjenja vode u rezervoaru. Matematicki model procesa, formiran na bazi materijalnog bilansa, definise se relacijom:

( dovodena materija - odvodena materija) flt= fl (nakupljena materija). (3 .1)

Slicno, toplotni bilans se moze definisati jednacinom:

(dovodena toplota- odvodena toplota) flt== D.. (nakupljena toplota). (3.2)

Slozeni sistemi automatskog vodenja najcesce ukljucuju i materijalni i energetski bilans. Manje slozeni sistemi podrazumijevaju jedan od bilansa. Tako se u slucaju nivoa (tacka 2.3.1) radilo o materijalnom bilansu, au slucaju temperature elektropeci (tacka 2.3.2) o energetskom bilansu.

Umjesto opsteg razmatranja materijalnog/energetskog bilansa, mogu se po- smatrati neki drugi fizicki odnosi, izvomo bazirani na ovim opstim odnosima. Tako su npr. odnosi izmedu sila kod translatomog odnosno momenata kod rotacionog kretanja izrazeni preko Njutnovog (Newton) zakona odnosno Dalamberovog (D' Alem- bert) principa, dok su odnosi izmedu padova napona u zatvorenom elektricnom kolu izrazeni preko drugog Kirhofovog (Kirchhoffov) zakona. Na bazi. ovih fizickih odnosa, lakse se formiraju matematicki modeli. Matematicki model treba da ukljuci dinamicki i stacionami odnos izmedu izlaznih i ulaznih velicina. Ovi se odnosi najcesce mogu predstaviti pomocu diferencijalnih jednacina. za sisteme automatskog vodenja posebno su pogodne linearne diferencijalne jednacine sa konstantnim koeficijentima.

Drugi metod analize sistema se bazira na eksitaciji sistema pomocu karakte- ristionih ulaznih funkcija. U tu svrhu se koriste:

3. ANALIZA SISTEMA AUTOMA TSKOG VODENJA

3.1.1. Ponasanje procesa i objekata upravljanja

Prema prelaznoj funkciji, koja predstavlja odziv procesa na ulaz odskocne funkcije, procesi se mogu podijeliti na staticke procese (procesi sa sarnoizravnavanjem)

je predstavljen autonomni sistem, koji pod odredenim uslovima moze da osciluje. Ovom sistemu odgovara homogeno rjesenje diferencijalne jednacine, rjesenje kojim je definisan dinamicki rezim, odnosno prelazno stanje izmedu jednog i drugog stacionarnog stanja. Utica] prinudne sile hQY je odreden partikulamim rjesenjem diferencijalne jednacine.

(3.4) d"x d11-1x d' . dx

a --+a --+ ... +a,--+a -+a x=O 11 d(' n-1 ar: di' 1 dt 0

Ovo je jednacina neautonomnog sistema u kome bu.v predstavlja prinudnu velicinu definisanu odskocnom funkcijom. Jednacinom

(3.3) d" d"-'x dix dx

a --+a, 1--1 + ... +a2-2-+a,-+a0x=b0y. II dt" I- dr: dt ' dt

Analiza sistema u z-domenu najcesce se, kako je pomenuto, vrsi pomocu odskocne funkcije (engL step function). S obzirom na pobudu ostvarenu step funkcijom diferencijalna jednacina n-toga reda sa konsta:ntnim koeficijentima se moze predstaviti relacijom

3.1. ANALIZA SISTEMA U t-DOMENU

- metoda odskocne funkcije (pravougaoni skok, nagibni skok), - metoda impulsne funkcije (pravougaoni, trouglasti, sinusni skok), - metoda impulsnih serija (pravougaoni, trouglasti, sinusni impulsi), - metoda simetricnih signala (pravougaoni talasi, trouglasti talasi, sinusni ta-

lasi) i - statisticka metoda (metoda bijelog suma). Najcesce se primjenjuju metoda odskocne funkcije i metoda simetricne sinus-

ne funkcije. Na odskocnoj funkciji se bazira analiza sistema u z-domenu a na si- nusnoj funkciji analiza sistema u frekventnom domenu.

Rjesavanje lineamih diferencijalnih jednacina viseg reda sa konstantnim koeficijentima je veoma slozen posao cak i slucaju jednostavne odskocne funkcije. La- plasova (Laplace) metoda je omogucila transformaciju Iinearnih diferencijalnih jed-

.nacina u algebarske, gdje se razmatranje vrsi u s-domenu. Za s-domen je realizo- vano vise inzenjerskih metoda koje omogucuju jednostavnu analizu i jednostavnu sintezu sredstava automatskog vodenja.

Na bazi sinusne eksitacione funkcije razvijena je posebna metoda analize automatskih sistema, poznata kao frekventna metoda. Njome se vrsi analiza i sinteza elemenata sisterna i kompletnih sistema automatskog vodenja.

30 3. Analiza sistema automatskog vodenja

Slika 3.1. Karakteristicni oblici odziva procesa a) staticki proces b) astaticki proces

- r je interval vremena odreden trenutkom skoka odskocne funkcije i presje- kom tangente povucene u tacki infleksije sa starim stacionamim stanjem. Parametar r je poznat kao mrtvo, odnosno transportno vrijeme;

- T je interval vremena odreden presjecima tangente povucene u tacki infleksije sa starim i novim stacionarnim stanjem. T parametar je poznat kao vremenska konstanta procesa;

- kje amplituda pojacanja procesa, poznata i kao staticka osjetljivost procesa, a predstavlja amplitudu promjene izlazne velicine pri prelazu iz starog u novo stacionamo stanje pri jedinicnoj ulaznoj funkciji

k = x(co) ~ x(O), (3.5)

gdje su: x(co)-- novo stacionarno stanje, x(O)- staro stacionarno stanje, a A - amplituda odskocne funkcije.

Na slici 3.2 je prikazano snimanje prelazne karakteristike statickog procesa jedne elektro peci, Ukljucenjem elektricne struje, termoelemenat, zbog kasnjenja, u pocetku ne pokazuje u promjenu, zatim termonapon raste Iagano, a onda sve brze, da bi se na kraju asimptotski priblizio konacnoj vrijednosti,

Navedene karakteristike statickog procesa se ne mogu direktno primijeniti na astatieki proces s obzirom da kod astatickih procesa ne egzistira novo stacionamo stanje, Za astaticki proces se definisu parametri:

- T vremenska konstanta jednaka vremenu potrebnom za promjenu odziva za jedinicu pri jedinicnoj step promjeni ulaza,

- (fje konstanta koja se izrazava promjenom brzine u odnosu na ~tep uz k = x I A, gdje je x - brzina promjene promjenljive x, pri tome je k ""l/T.

b) a) t

A x

t x

kA

.. :)

i na astaticke procese (procesi bez samoizravnavanja). Na slici 3.1 su predstavljene tipicne karakteristike statickih i astatickih procesa sa najznacajnijim parametrima,

31 3 .1. Aualiza sisterna u r-domenu

Takve procese predstavljaju potenciometar u elektrotehnici i vaga u mehanici (slika 3.4). Za ove elemente je karakteristicno da ne postoji prelazni rezim, vec se odziv uspostavlja trenutno, tako da ovdje ne maze biti govora o vremenskim kon- stantama '! i T.

(3.6) x=ky.

3.1.1.1. Procesi nultoga reda

Proces nultoga reda je karakteristican za pretvarace mjernih signala, pojaca- vace signala itd. Nulti procesi predstavljaju linearne procese u kojima postoji pro- porcionalnost izmedu izlaza i ulaza

Slika 3.3. Snimanje vremenskog odziva astatickog procesa

t

I ------ I l . y !--------- '-----~-~---

t

x -- .. ., __ ..... ) (

Porast nivoa tecnosti u rezervoaru (integracija protoka) predstavlja tipican primjer astatickog procesa (slika 3.3).

Slika 3.2. Snimanje vremenskog odziva statickog procesa a) blok-sema elektro peci b) prelazna karakteristika

b) a)

R o--o ~ ' ' ' :

0 ---.~: -------------' : !...- -- .. _ ..,_,,.. __ -- - .. - -- -- - -- .--- __ .., -- --- -- -- - - --~

~11---- kA x

3. Analiza sistema automatskog vodenja 32

Sredivanjem.jednacina poprima oblik

(3.10)

(3.9) 0 E-Ri-.::::..=O .. c

Z . 0 C . dO C due d bii . d v. amJenom = uc 1 i = _.:::::.. = -- , o IJa se Je nacma ~ , dt dt E-RC due -uc = 0.

dt

Ova jednacina posjeduje dva rjesenja: homogeno rjesenje, koje odgovara ho-

mogenom dijelu jednacine T dx + x = 0 i partikularno rjesenje koje odgovara djelo- dt . vanju ,,prinudne sile" ky. Homogeno rjesenje je karakteristicno za prelazni (dinamicki) rezim a partikularno za stacionami rezim. Kao primjer procesa Pi, mote se uzeti serijsko RC kolo u elektrotehnici (slika 3.5). Na bazi drugog Kirhofovog zakona moze se postaviti relacija

(3.8) dx T-+x =ky. dt

odnosno

(3.7)

Procesi prvoga reda se mogu predstaviti nehomogenom diferencijalnom jednacinom prvoga reda

33 ' 3. 1 . Analiza sistema u t-domenu

yl y x v4m )x

yt y t .. ..

x t xi .. ~ t

a) b) Slika 3.4. Procesi nultoga reda

a) potenciometar b) vaga

3.1.1.2. Procesi prvoga reda

3.1.1.3. Procesi drugoga reda

Procesi drugoga reda se mogu predstaviti diferencijalnom jednacinom d' dx a2-+a1-+a0x =b0y. (3.16) dt' dt

U elektrotehnici ovoj jednacini odgovara napon na kondenzatoru u jednosmje- mom RLC kolu (slika 3.6).

Na osnovu drugog Kirhofovog zakona, moze se postaviti relacija

Na slican nacin mogu se predstaviti hidraulicni i termicki procesi prvoga reda p = p0(1- e-ki), (3.14) 0=00(1-e-k'). (3.15)

Karakteristicno je za procese prvoga reda da je konstanta i; jednaka nuli, a pojavljuje se kod procesa viseg reda i povecava se sa porastom reda.

(3.13) Uc(r~RC) = 0,632.

(3.12) Uc = E ( 1 - e - ~R ).

Prelazni rezim je definisan velicinom vremenske konstante. Po isteku vremena t =RC napon na kondenzatoru poprimi 63,2% svoje konacne vrijednosti (vrijednosti novog stacionarnog stanja), pa se iz ovog uslova eksperimentalno odreduje vremenska konstanta,

Homogeno rjesenje ove jednacine je dato u obliku ucH = Ae CR a partikularno. u obliku uCP = E, tako da rjesenje jednacine za pocetne uslove t = o', uc = 0 ima oblik

Slika 3.5. RC kolo kao proccs prvoga reda a) sema b) karakteristika odziva

b) a)

(3.11) du RC-c +uc=E dt

3. Analiza sistema automatskog vodenja 34

Poseban slucaj ovog mehanickog translatornog sistema predstavlja lineami sistern sa jednim stepenom slobode, poznat u praksi kao dinamometar (slika 3.8). Dina-

mometar se koristi kao uredaj za mjerenje tezine, a na bazi (3.21). Za mjerenje je karakteristicno partikulamo rjesenje koje od-

govara stacionarnom stanju sistema, stanju u kome se, poslije intervala oscilacija, izjednace tezina tijela F i restituciona sila lex. Tako se na bazi izduzenja opruge dinamometra moze da sudi o velicini tezine.

Kod obrtnih sistema, umjesto ravnoteze sila postoji ravnote- fa obrtnih momenata. Tako se rad svih elektricnih instrumenata moze predstaviti opstom relacijom

'LM ==I d2a (3.22) ( dt2 '

Slika 3.8. Skica gdje su: I - momenat inercije skretnog sistema, a d2a/ dt2 - uga- dinamometra ono ubrzanje obrtnog sistema,

(3.21)

automatika u brodarstvu

Documents