Měření a regulace v energetice (FSI-LMR)

Akademický rok 2022/2023
Garant: doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.  
Garantující pracoviště: všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Posluchačky a posluchači se seznámí se základními typy regulačních obvodů, jejich klíčovými komponenty – snímači, aktuátory, řídicími systémy a nutnými elektrickými prvky pro ovládání aktuátorů.
Výstupy studia a kompetence:
Student získá znalosti v problematice měření, řízení a regulace energetických systémech. Seznámí se základními typy regulačních obvodů v energetice, jejich klíčových komponent a problematikou vhodného použití těchto komponent.
Prerekvizity:
Kotle, Tepelné turbíny a turbokompresory, Tepelné turbíny I., II.
Obsah předmětu (anotace):
V předmětu jsou probrány aktuální trendy v oblasti řízení a regulace energetických zařízení. Důraz je kladen na snímače, regulační obvody dílčích komponent až po komplexní regulace energetických celků ve vazbě na elektrizační soustavu.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován v blocích. V první polovině semestru proběhnou pouze přednášky, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. V druhé polovině proběhne cvičení, které je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zkouška - písemná, ústní část. Zkouška bude dělena na dvě části s celkovým dosažitelným počtem bodů 100. Každá část zkoušky bude mít dosažitelných 50 bodů a bude dělena mezi zkoušející.
Zápočet - podmínky udělení: účast a aktivní práce na cvičení.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Přednášky nepovinné, cvičení min. 75% účasti na cvičeních, náhrada studiem doporučené literatury.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Základní regulační obvod, klíčové komponenty regulačního obvodu pro energetické systémy. Elektrické ovládací prvky a jejich použití v regulaci (spojité, On/Off a PWM).
2. Zpětnovazební prvky: snímače teploty, tlaku, průtoku, výšky hladiny, snímače pro řízení dávkování paliva, bezpečnostní prvky. Klíčové vlastnosti zpětnovazebních prvků (rozlišení, přesnost a odezva), oblasti použití a sběr dat.
3. Aktuátory: elektrické zdroje tepla, elektricky ovládané ventily, řízení čerpadel, pásových dopravníků, podavačů paliva a bezpečnostní prvky. Klíčové vlastnosti aktuátorů (odezva, řiditelnost a dosažitelná přesnost řízení), kontrola funkcionality aktuátorů.
4. Řídicí systémy – elektronické přístroje pro řízení energetický systémů – základní vlastnosti, oblasti použití. Regulátory a jejich parametry používané v řídicích systémech.
5. Řízení a regulace v oblasti elektrizační soustavy (frekvence, napětí, výkon), primární, sekundární, terciární regulace. Reálné chování producentů elektřiny (jaderné, parní, paroplynové, vodné, přečerpávací, větrné, solární zdroje) v průběhu dne, týdne, roku.
6. Regulační možnosti jednotlivých producentů elektřiny. Možnosti regulace činného výkonu, odezva na změnu výkonu, regulační rozsahy, regulační stabilita.
7. Základní regulační vazby na kotli, dynamika kotlů na tuhá a kapalná paliva. Regulace teploty přehřáté a přihřáté páry. Regulace napájení kotlů bubnový a průtočných.
8. Řízení a regulace dílčích funkčních celků (ventilátorů, kompresorů, čerpadel a jiných energetických zařízení.
    Cvičení s počítačovou podporou 9. Cvičení – Návrh napájecí stanice s čerpadlem řízeným frekvenčním měničem a čerpadlem s regulací škrcení ve výtlaku. Porovnání navrhovaných variant a vliv na ekonomiku provozu. Specifikace podkladů pro řízení.
10. Cvičení – Výroba vodíku z OZE. Návrh technologického řešení, řízení a regulace. Specifikace podkladů pro řízení.
11. Cvičení – Základy měření a sběru dat, měření teploty a ověření dosažitelných parametrů termoelektrických a odporových snímačů teploty.
12. Cvičení – Řízení teploty na laboratorním modelu, ukázka měření tlaku a průtoku v pneumatických obvodech.
13. Individuální konzultace, zápočty.
Literatura - základní:
1. VILIMEC, L. Řízení a regulace energetických zařízení. Skripta VŠB TU Ostrava, 2008. ISBN 978-80-248-1853-5.
2. Němec, Z.: Regulace a automatizace energetických zařízení. Studijní opora pro magisterské studium. VUT v Brně, FSI, ÚAI, 2012.
3. O'Dwyer, A.: HANDBOOK OF PI AND PID CONTROLLER TUNING RULES (2nd Edition), Imperial College Press, 2006, SIBN 1-86094-622-4
Literatura - doporučená:
1. Fisher: CONTROL VALVE HANDBOOK, 5th Edition, Emerson Automation Solutions 2017, dostupné z https://www.emerson.com/documents/automation/control-valve-handbook-en-3661206.pdf
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-ETI-P prezenční studium ENI Energetické inženýrství -- zá,zk 4 Povinný 2 2 L
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 4 Povinný 1 1 L