Sisteme de Reglare Automata

5/16/2018 Sisteme de Reglare Automata - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/sisteme-de-reglare-automata-55b07bd381b96 1/17

Sisteme de reglare

automată

Manual electronic



Scopul lucrării

Este un curs electronic care vine in sprijinul elevilor suplinind

manualele şcolare si este utilizat ca material teoretic la

disciplina ,,Bazele automatizarii”, disciplină care face partedin trunchiul comun la clasele a XII-a, cu specializarea

electronică şi automatizări.Avantajele manualelor electronice sunt:

Acces rapid la informaţii

Volum mare de informaţii într -un spaţiu redus

Înlocuirea manualelor tradiţionale care implică un costridicat



A. CATEGORII DE SISTEME DE AUTOMATIZARE

SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ (SRA)

Întrucât nu este prevăzut un calculator pentru conducere în regim de supraveghere, modificarea mărimii de intrare(de referinţă) i se efectuează prin intervenţia manuală a operatorului asupra elementului de prescriere a mărimii dereferinţă EPR ; această intervenţie manuală constă în acţionarea unor potenţiometre, comutarea unor chei cu contacteetc. Elementul de comparaţie EC efectuează permanent diferenţa dintre mărimea de intrare I şi mărimea de reacţie r (obţinută la ieşirea traductorului Tr . instalat pe calea de reacţie), rezultând abaterea (mărimea de acţionare) a, definităde relaţia: a

=i –

r

(1)Abaterea a este aplicată la intrarea regulatorului automat RA, care efectuează prelucrarea acestei mărimi după olege stabilită, denumită lege de reglare, rezultând la ieşirea regulatorului mărimea de comandă c, aplicată la intrareaelementului de execuţie EE .

La ieşirea acestui element se obţine mărimea de execuţie m , care acţionează asupra instalaţiei tehnologice IT ,astfel încât mărimea reg1ată e (mărime de ieşire a întregului sistem) să fie menţinută la valoarea impusă, prescrisăprin intermediul mărimii de referinţă i (mărime de intrare a întregului sistem de reglare automată), fiind astfelcompensată influenţa nedorită a perturbării p asupra mărimii reglate e ; în realitate, instalaţia tehnologică IT estesupusă acţiunii mai multor perturbări.

Caracteristica specifică a SRA constă în prezenţa buclei închise pe care o formează elementele, componente şisemnalele transmise intre aceste elemente; datorită acestei bucle, SRA sunt denumite şi sisteme automate cu circuit închis.



abaterea a este definită de relaţia:

a = i – e (2)Utilizarea SRA are ca scop să se. asigure pe intervale cât mai mari de timp egalitatea :

e = i (3)dintre mărimea de ieşire. e şi mărimea de intrare i, aceasta din urmă indicând de fapt valoarea

prescrisă prin mărimea de ieşire. Menţinerea mărimii de ieşire e - prin acţiunea SRA- la valorile prescrise prin mărimea de

intrare i este esenţială pentru a se asigura obţinerea unei calităţi dorite a produselor fabricate îninstalaţia tehnologică respectivă . Astfel, de exemplu, în cazul unui cuptor de tratament termic

menţinerea temperaturii cât mai aproape de valorile prescrise (printr -o curbă de variaţie în timp dată)

are o importanţă hotărâtoare pentru calitatea pieselor rezultate. Egalitatea (3) nu poate fi permanent asigurată, întrucât intervine acţiunea perturbărilor, caredetermină abateri ale mărimii de ieşire e de la valorile prescrise prin mărimea de intrare i, rezultând:

e i (4)şi deci:

a = i - e 0 . (5)

Abaterea a având valori diferite de zero, sistemul de reglare acţionează în sensul compensării

acţiunii perturbării asupra mărimii de ieşire şi a res tabilirii egalităţii (3), rezultând astfel: a = i – e = 0. (6)

Sistemele de reglare automată, realizate cu echipamente clasice de tipul regulatoarelor

automate sau cu calculatoare în regim de conducere numerică directă, au aplicaţii deosebit de

numeroase în industrie.



CLASIFICĂRI. CATEGORII DE SISTEME DEREGLARE AUTOMATĂ (SRA)

Sisteme de reglare automată pentru procese

lente şi pentru procese rapide

Sisteme de reglare automată continue şi

discrete

Sisteme de reglare automată liniare şi neliniare

Sisteme de reglare automată cu un bloc de

reglare şi cu mai multe blocuri de reglare

Sisteme de reglare automată monovariabile şi multivariabile

Sisteme de reglare automată cu legi de reglare

obişnuite şi cu legi de reglare speciale



SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ ÎN INDUSTRIA CHIMICĂ

a. Reglarea automată a debitelor şi a rapoartelor de debite

Traductorul de debit Tr poate fi realizat ca traductor de presiune diferenţială, prinintermediul unei diafragme, valoarea mărimii de ieşire a a traductorului fiindproporţională cu pătratul debitului Q din conducta C, respectiv:

v=K1Q2 (3.1)Pentru compensarea neliniarităţii din relaţia (3.1)- neliniaritate introdusă detraductorul de diafragma - după traductoru1 Tr este introdus elementul deextragere a rădăcinii pătrate ER, mărimea r de la ieşirea acestuia avândexpresia:

(3.2)

Schema de elementea sistemului de reglareautomată a debitului

de lichid dintr-oconductă.

aK r `

1



unde K`1 este o constantă. în acest mod, mărimea de reacţie r devineproporţionala cu debitul reglat Q.

Regulatorul automat electronic RA primeşte de la elementul decomparaţie EC valoarea abaterii a = i - r (mărimea i fiind reprezentata de

valoarea prescrisa Qp pentru debitul Q) şi transmite mărimea de comandă c convertorului electropneumatic CV, care acţionează asupra robinetului dereglare pneumatic RR şi acesta asigură modificarea debitului Q în sensul

stabilirii valorii prescrise Qp, astfel . dacă:

Q < Qp (3.3)şi deci debitul Q trebuie mărit, regulatorul RA comandă robinetul de reglare

RR în sensul în care acesta se deschide mai mult ţi ca urmare debitul Qcreşte , iar dacă:

Q > Qp (3.4)regulatorul RA comandă robinetul RR în sensul micşorării deschideriiacestuia, rezultând scăderea debitului Q până la obţinerea egalităţii:

Q = Qp. (3.5)De cele mai multe ori în practica elementul de comparaţie EC este

inclus în regulatorul automat RA.



b. Reglarea automată a presiunilor

Bucla de reglare include traductorul de presiune Tr, elementul de comparaţie EC - care primeştemărimea de reacţie r şi mărimea de intrare i, reprezentând valoarea prescrisă pp a presiunii p – regulatorul automat RA şi robinetul de reglare RR comandat pneumatic, care îndeplineşte funcţia de

element de execuţie (în schema nu a mai fost reprezentat un convertor electro - pneumatic, caretrebuie intercalat intre regulatorul RA şi robinetul pneumatic RR în cazul când regulatorul esteelectronic; dacă regulatorul RA este de tip pneumatic, convertorul nu mai este necesar).

Variaţia debitului de evacuare Qev determinată de cerinţe1e consumatorilor reprezintă o perturbarepentru sistemul de reglare a presiunii. Astfel, dacă creşte debitul de evacuare Qev se produce oscădere a presiunii p în recipient şi ca urmare regulatorul RA comandă mărimea deschideriirobinetului RR rezultând o creştere a debitului de admisie Qad şi restabilirea presiunii p la valoareaprescrisă i = pp.

Presiunea intr-un recipient poate fi reglatăfie prin modificarea debitului de admisie afluidului în recipient, fie prin modificarea

debitului de evacuare din recipient. în figură

este ilustrată reglarea automată a presiuniip a gazului din recipientul R prin modificareadebitului Qad, de admisie, debitul de

evacuare Qev variind arbitrar, în funcţie decerinţele consumatorilor racordaţi la

recipient prin conductele C1, C2,…. Cn. Recipientul are astfel rolul unui

vas tampon, iar reglarea automată a

presiunii p permite alimentareaconsumatorilor la o presiune constanta, fiind

astfel asigurată o cerinţă importantă decalitate a alimentării consumatorilor.



Reglarea automată a nivelului Reglarea nivelului de lichid intr-un vaspoate fi efectuată prin modificareadebitului de admisie Qad sau prinmodificarea debitului de evacuare Qev

din vas. în figura este ilustrată primavariantă, debitul de evacuare Qev variindarbitrar în funcţie de cerinţeleconsumatorilor racordaţi la conducta deevacuare.

Variaţia nivelului h - provocată demodificarea debitului de evacuare Qeveste sesizată de traductorul Tr, caretransmite elementului de comparaţiemărimea de reacţie r; primind şi mărimeade intrare i (reprezentând valoareaprescrisă hp, a nivelului h), elementul decomparaţie EC transmite abaterea aregulatorului automat RA, care comandă

robinetul de reglare RR şi modificareadebitului de admisie Qad în sensulnecesar restabilirii valorii prescrise anivelului.



Reglarea automată a

temperaturii intr-un

reactor chimic

Reglarea temperaturii se realizează prin intermediul unuischimb de căldură intre două sau mai multe medii, schimbulde căldură având loc printr-o suprafaţă de separare sau prinamestec, fără suprafaţă de separare.

Întrucât variaţiile temperaturii au o influenţă importantă

asupra modului de desfăşurare a reacţiilor chimice, reglareatemperaturii la anumite va1ori este necesară în instalaţiile din industria chimică. În figură este ilustrată reglareaautomată a temperaturii din reactorul chimic RC,alimentat cu reactanţi prin conducta C1 şi debitândprodusele rezultate din reacţii prin conducta C2 ; paletarotativă P realizează agitaţia mediului din reactor.Considerând că reacţiile degajă căldură - deci sunt

exoterme - reglarea temperaturii se realizează prinmodificarea debitului de lichid de răcire Qr care circulă prinserpentina S. Bucla de reglare automată conţine traductorulde temperatură Tr, elementul de comparaţie EC (careprimeşte mărimea r de la traductor şi mărimea de intrare ireprezentând temperatura prescrisă Op), regulatorulautomat RA şi robinetul de reglare RR, acţionat pneumatic,a cărui deschidere este comandată de regulator; dacă

regulatorul automat RA este electronic, atunci intervine şi unconvertor electro - pneumatic intre regulator şi robinetul dereglare.

La creşterea temperaturii q peste valoarea prescrisă qp regulatorul automat RA comandă creşterea deschideriiventilului şi a debitului lichidului de răcire Qr ceea cereaduce temperatura la valoarea prescrisă, în cazul scăderii temperaturii q având loc o reducere a debitului lichidului de

răcire Qr.



Reglarea automată a concentraţiei

În industria chimică reglarea automată a concentraţiei estedeosebit de importantă pentru obţinerea unor produse cucaracteristici dorite. în figură este ilustrată realizarea unuisistem de reglare automată a concentraţiei soluţiei dinrecipientul R, alimentat prin conducta A1 cu un lichid diluantcu concentraţia c1 şi prin conducta A2 cu un lichidconcentrat, cu concentraţia c2 ; soluţia obţinută esteevacuată de pompa P prin conducta A3, iar paleta PLrealizează agitaţia necesară omogenizării soluţiei. Sistemulde reglare automată a concentraţiei include traductorul T r -reprezentând un analizor - elementul de comparaţie EC(care primeşte atât concentraţia cr, măsurată de analizor şiconstituind mărimea de reacţie, cât şi concentraţia prescrisăcp, reprezentând mărimea de intrare),

regulatorul automat RA şi robinetul de reglareRR, acţionat pneumatic; în ipoteza unuiregulator electronic intervine şi un convertor electro - pneumatic.Pentru evitarea pierderilor, cantitatea de soluţie

care trece prin traductorul Tr., - preluată dinconducta A3 - este reintrodusă în recipientul R.

In cazul creşterii concentraţiei cr, pestevaloarea prescrisa cp regulatorul RA comandă‚micşorarea deschiderii robinetului de reglare RRşi a debitului de concentrat, iar în cazul scăderiiconcentraţiei cr sub valoarea prescrisă cp,regulatorul RA comandă mărirea deschideriirobinetului RR şi a debitului de concentrat, înregim staţionar stabilindu-se egalitateaconcentraţiei cr cu valoarea prescrisă cp.

Analizorul care îndeplineşte funcţia de traductor deconcentraţie poate fi un pH - metru (care măsoarăvaloarea pH - ului), un conductometru (care măsoarăconductibilitatea), un densimetru sau un cromatograf.



SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ A CUPTOARELOR DE TRATAMENTE TERMICE

1.PRINCIPALELE PROBLEME ALE REGLĂRII CUPTOARELOR DETRATAMENTE TERMICE

a. Tipuri de cuptoare şi de regulatoare automate utilizate Procesele tehnologice de încălzire la anumite temperaturi pentru tratamentultermic al pieselor impun cuptoarelor o funcţionare cu indici de performanţăridicaţi, întrucât menţinerea temperaturii la valorile prescrise influenţează înmăsură însemnată calitatea pieselor obţinute. Astfel, abaterile maxime admise(faţă de temperatura prescrisă) pot fi foarte reduse, de numai câteva grade, iar neuniformitatea impusă repartiţiei temperaturilor în cuptor poate fi caracterizata

de limitarea la numai 10-150C a diferenţelor dintre temperaturile din douăpuncte diferite, pentru temperaturi de funcţionare cuprinse intre 600 şi 12000 C. Ca urmare, reglarea automată a temperaturii cuptoarelor are o importanţădeosebită. Din punct de vedere al sursei de încălzire se deosebesc cuptoare funcţionândcu combustibil de exemplu gaz metan şi cuptoare electrice, prevăzute curezistenţe de încălzire. Caracteristicile regulatoarelor folosite sunt determinate înmăsură importantă de tipul sursei de încălzire a cuptorului.

Astfel, pentru cuptoarele electrice se folosesc de regulă regulatoare automatecu două poziţii (uneori şi regulatoare automate cu trei poziţii) iar pentrucuptoarele cu combustibil se utilizează regulatoare liniare şi continue, uneorifiind folosite şi regulatoare extremale.



b. Principalele mărimi reglate

Cea mai importantă mărime reglată automat în cuptoarele detratamente termice este temperatura. Pe lângă valoareatemperaturii, la cuptoarele cu combustibil poate fi necesară şi

reglarea debitelor de combustibil şi de aer, asigurându-secondiţii optime de ardere. In acest scop se poate folosi fie principiul reglării automate a

raportului dintre debitul de aer şi cel de combustibil, fieprincipiul reglării extremale.

In unele cazuri, pentru a se uniformiza circulaţia gazelor calde în cuptor poate fi necesară reglarea automată a presiunii

în anumite puncte din cuptor.



2.REGLAREA AUTOMATĂ A TEMPERATURII CUPTOARELOR a Reglarea temperaturii cuptoarelor cu combustibil

Schema reglării temperaturii q din spaţiul de încălzire S al unui cuptor cu combustibil C este reprezentată în figură. Flacăra arzătorului Aasigură încălzirea spaţiului S, a piesei P de pe vatra cuptorului şi apereţilor cuptorului C.

Sistemul de reglare automata a temperaturii q reprezentând mărimeade ieşire e a sistemului) conţine traductorul Tr. - care include şitermocuplul TC, reprezentând elementul sensibil şi instalat în spaţiul Spentru sesizarea variaţiei temperaturii reglate q - elementul de

comparaţie EC, elementul de prescriere a mărimii de referinţă EPR,regulatorul automat electronic RA, convertorul electropneumatic CV şirobinetul de reglare RR cu acţionare pneumatică.

Elementul de prescriere a mărimii de referinţă EPR- avândacelaşi rol cu elementul similar din figura 1 - asigură obţinerea unuisemnal de intrare variabil în timp conform programului stabilit pentruvariaţia valorilor prescrise qp, ale temperaturii q din cuptor în vedereaobţinerii tratamentului termic dorit pentru piesa P. Pentru ilustrare,aspectul unui asemenea program de variaţie este reprezentat în figurade mai sus.

Elementul de comparaţie EC primeşte mărimea de intrare i dela blocul EPR şi mărimea de reacţie r de la traductorul Tr, transmiţândabaterea a =i - r regulatorului automat RA. Prin intermediul convertoruluielectro - pneumatic CV regulatorul electronic RA comandă robinetul dereglare RR cu acţionare pneumatică (îndeplinind funcţia de element deexecuţie) şi modifică debitul de combustibil Qc - cu care este alimentatarzătorul A - în sensul menţinerii valorilor prescrise qp pentru

temperatura q din cuptor.



Schema din figura de mai sus (în care s-a făcut abstracţie de alimentarea arzătorului cu aer de ardere) are dezavantajul căacţionează relativ lent la variaţii ale caracteristicilor combustibilului cu care este alimentat arzătorul A, fiind necesar uninterval de timp pentru ca modificarea caracteristicilor menţionate sa influenţeze valorile temperaturii reglate q.

De aceea la cuptoarele mari se folosesc o variantă în care intervin două regulatoare automate, unul pentrudebitul de combustibil şi altul pentru temperatură, rezultând schema din figura a) (alimentarea cu aer de ardere nu estereprezentata în această schemă).

Traductorul de temperatură Tr1,care include şitermocuplul TC, transmite elementului decomparaţie EC1 mărimea de reacţie r1,comparată cu mărimea de intrare i1,reprezentând valoarea prescrisă qp pentrutemperatura q din cuptor.

Abaterea a1 este aplicată la intrarea regulatoruluide temperatură RA1, iar mărimea de comandă

c1 de la ieşirea acestuia devine mărimea deintrare i2 pentru a doua buc1ă de reglare, carerealizează reglarea automată a debitului decombustibil Qc.Bucla de reglare a debitului Qc conţinetraductorul de debit Tr2, elementul decomparaţie Ec2 (care compara mărimile i2=c1 şir2, rezultând abaterea a2 =i2 – r2=c1-r2),regulatorul automat electronic de debit RA2convertorul electropneumatic CV şi robinetulde reglare acţionat pneumatic RR -reprezentând elementul de execuţie caremodifică valoarea debitului de combustibil Qc. a). Schema reglării automate a temperaturii

cuptoarelor cu combustibil prin intermediulmăsurării temperaturii şi a debitului decombustibil.



b. Reglarea temperaturii

cuptoarelor electrice

In figura este reprezentată schema unui sistem de reglareautomată bipoziţională a temperaturii q din cuptorul electric.Traductorul Tr. (care include şi termocuplul TC) transmitesemnalul de reacţie r elementului de comparaţie EC, careprimeşte şi mărimea de intrare reprezentând valoareaprescrisă qp, pentru temperatura q şi transmiteregulatorului automat bipoziţional RABP valoarea abaterii a = i

- r.Când abaterea a este pozitivă, deci temperatura q este maimică decât valoarea prescrisă qp, regulatorul bipoziţionalalimentează bobina releului RL cu o tensiune de comandă uccare determină acţionarea releului şi închiderea contactuluiacestuia, fiind astfel stabilit circuitul de alimentare de la reţea(intre faza T şi conductorul de nul) a bobinei contactorului K.Ca urmare contactorul K îşi închide contactele K1, K2 şi K3şi cele trei rezistente Rc de încălzire sunt puse sub tensiune - întrerupătorul cu pârghie IP a fost închis la pornirea cuptoruluiceea ce determină creşterea temperaturii q. Dacă temperaturaq este mai mare, decât valoarea prescrisă qp şi abaterea arevalori negative, atunci se anulează tensiunea uc debitată deregulatorul bipoziţional RABP şi releul RL îşi deschidecontactul, întrerupând alimentarea bobinei contactorului K ; caurmare se deschid contactele K1, K2, K3 ale contactorului şirezistenţele de încălzire Rc nu mai sunt alimentate, ceea cedetermină scăderea temperaturii q. In acest mod, sistemul bipoziţional de reglare determină

oscilaţii de amplitudine mica ale temperaturii q în jurul valoriiprescrise qp, valoarea prescrisă fiind astfel menţinută numaicu o anumită aproximaţie. In alte variante, regulatorul bipoziţional comandă şuntarea şideşuntarea unei porţiuni a rezistentelor de încălzire - fără a întrerupe complet alimentarea rezistenţelor - sau comutaconexiunea rezistentelor din triunghi în stea şi invers,modificându-se astfel în raport 3: 1 puterea electricăconsumată.



CONCLUZII

Ţinând seama de creşterea necontenită a volumului de informaţie ştiinţifică de faptul caactivitatea de cunoaştere nu se identifică cu acumularea de cunoştinţe, iar intelectul nureprezintă un simplu depozit de date, o concluzie esenţială la care am ajuns este aceea cainstruirea trebuie să conducă la iniţierea elevilor cu precădere în modalităţile de utilizare asurselor de informare, de observare si investigare ştiinţifică, de interpretare a faptelor constatate, de aplicare a cunoştinţelor în condiţii noi, diferite de cele întâlnite anterior. Pe acest fond de idei se impune folosirea unor tehnici de instruire diferite, aplicate alternativ,in care predomina activităţile independente si cele de tip experimental.

Evitând factorii de supraîncărcare si oboseala, căutând permanent căi de evaluarecontinua a rezultatelor instruirii, reglând mereu procesul de predare- învăţare, profesorul vamodela elevii de astăzi astfel încât mâine, acesta sa poată deveni cercetătorul, inginerul,tehnicianul, muncitorul, într-un cuvânt acea personalitate de care universul tehnic arenevoie, pe toate treptele sale.

Depăşind prejudecăţi, mentalităţi rigide, metode de învăţământ preponderent expozitive, “omul-de-la-catedră” va folosi disciplina tehnica pentru a structura în mod specificcapacităţile intelectuale, psihomotorii si afective ale elevului funcţie de tipul de acţiunipractice si intelectuale pe care le implica învăţarea materiei respective, de manipulărileconcrete si dispozitivele de care se foloseşte, de contextul operaţiilor logice, deraţionamentele si interferentele pe care le presupun acestea.

Numai in acest mod se vor forma acei muncitori electronişti care nu vor fi simpliexecutanţi ci specialişti capabili sa ia decizii tehnice corecte in situaţii diverse, sa operezeindependent cu informaţia ştiinţifica, sa cerceteze realitatea prin confruntarea mai multor alternative posibile, deci sa facă fata exigentelor si competiţiei impuse de economia depiaţă.

Sisteme de Reglare Automata

Documents

Transcript of Sisteme de Reglare Automata