Sisteme de reglare automată

1. Sisteme de reglare automată Manual electronic

2. Scopul lucrării Este un curs electronic care vine in sprijinul elevilor suplinind manualele şcolare si este utilizat ca material teoretic .Avantajele manualelor electronice sunt: • Acces rapid la informaţii • Volum mare de informaţii într-un spaţiu redus • Înlocuirea manualelor tradiţionale care implică un cost ridicat

3. 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 de referinţă EPR;această intervenţie manuală constă în acţionarea unor potenţiometre, comutarea unor chei cu contacte etc. Elementul de comparaţie ECefectuează 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,definită de relaţia: a = i – r (1) Abaterea a este aplicată la intrarea regulatorului automatRA, care efectuează prelucrarea acestei mărimidupă o lege stabilită, denumită lege de reglare, rezultând la ieşirea regulatorului mărimea de comandă c, aplicată la intrarea elementului de execuţieEE. 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, pre­scrisă prin intermediul mărimii de referinţă i (mărime de intrare a întregului sistem de reglare automată), fiind astfel compensată influenţa nedorită a perturbării p asupra mărimii reglate e ; înrealitate, instalaţia tehnologică IT este supusă acţiunii mai multor perturbări. Caracteristica specifică a SRA constă în prezenţa buclei închise pe care o formează elementele, componente şi semnalele transmise intre aceste elemente; datorită acestei bucle, SRA sunt denumite şisistemeautomate cu circuit închis.

4. 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 în instalaţia 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, care determină 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 res­tabilirii 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.

5. CLASIFICĂRI. CATEGORII DE SISTEME DE REGLARE 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

6. SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ ÎN INDUSTRIA CHIMICĂa. Reglarea automată a debitelor şi a rapoartelor de debite Schema de elemente a sistemului de reglare automată a debitului de lichid dintr-o conductă. Traductorul de debit Tr poate fi realizat ca traductor de presiune diferenţială, prin intermediul unei diafragme, valoarea mărimii de ieşire a a traductorului fiind proporţională cu pătratul debitului Q din conducta C, respectiv: v=K1Q2­ (3.1) Pentru compensarea neliniarităţii din relaţia (3.1)- neliniaritate introdusă de traductorul de diafragma - după traductoru1 Tr este introdus elementul de extragere a rădăcinii pătrate ER, mărimea r de la ieşirea acestuia având expresia: (3.2)

7. unde K`1 este o constantă. în acest mod, mărimea de reacţie r devine proporţionala cu debitul reglat Q. Regulatorul automat electronic RA primeşte de la elementul de comparaţie 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 de reglare 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 Q creşte , iar dacă: Q > Qp (3.4) regulatorul RA comandă robinetul RR în sensul micşorării deschiderii acestuia, 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.

8. b. Reglarea automată a presiunilor Presiunea intr-un recipient poate fi reglată fie prin modificarea debitului de admisie a fluidului în recipient, fie prin modificarea debitului de evacuare din recipient. în figură este ilustrată reglarea automată a presiunii p a gazului din recipientul R prin modificarea debitului Qad, de admisie, debitul de evacuare Qev variind arbitrar, în funcţie de cerinţele consumatorilor racordaţi la recipient prin conductele C1, C2,…. Cn. Recipientul are astfel rolul unui vas tampon, iar reglarea automată a presiunii p permite alimentarea consumatorilor la o presiune constanta, fiind astfel asigurată o cerinţă importantă de calitate a alimentării consumatorilor. Bucla de reglare include traductorul de presiune Tr, elementul de comparaţie EC - care primeşte mărimea 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, care trebuie intercalat intre regulatorul RA şi robinetul pneumatic RR în cazul când regulatorul este electronic; dacă regulatorul RA este de tip pneumatic, convertorul nu mai este necesar). Variaţia debitului de evacuare Qev determinată de cerinţe1e consumatorilor reprezintă o perturbare pentru sistemul de reglare a presiunii. Astfel, dacă creşte debitul de evacuare Qev se produce o scădere a presiunii p în recipient şi ca urmare regulatorul RA comandă mărimea deschiderii robinetului RR rezultând o creştere a debitului de admisie Qad şi restabilirea presiunii p la valoarea prescrisă i = pp.

9. Reglarea automată a nivelului Reglarea nivelului de lichid intr-un vas poate fi efectuată prin modificarea debitului de admisie Qad sau prin modificarea debitului de evacuare Qev din vas. în figura este ilustrată prima variantă, debitul de evacuare Qev variind arbitrar în funcţie de cerinţele consumatorilor racordaţi la conducta de evacuare. Variaţia nivelului h - provocată de modificarea debitului de evacuare Qev este sesizată de traductorul Tr, care transmite elementului de comparaţie mărimea de reacţie r; primind şi mărimea de intrare i (reprezentând valoarea prescrisă hp, a nivelului h), elementul de comparaţie EC transmite abaterea a regulatorului automat RA, care comandă robinetul de reglare RR şi modificarea debitului de admisie Qad în sensul necesar restabilirii valorii prescrise a nivelului.

10. Reglarea automată a temperaturii intr-un reactor chimic Reglarea temperaturii se realizează prin intermediul unui schimb de căldură intre două sau mai multe medii, schimbul de căldură având loc printr-o suprafaţă de separare sau prin amestec, fără suprafaţă de separare. Întrucât variaţiile temperaturii au o influenţă importantă asupra modului de desfăşurare a reacţiilor chimice, reglarea temperaturii la anumite va1ori este necesară în instalaţiile din industria chimică. În figură este ilustrată reglarea automată a temperaturii  din reactorul chimic RC, alimentat cu reactanţi prin conducta C1 şi debitând produsele rezultate din reacţii prin conducta C2 ; paleta rotativă P realizează agitaţia mediului din reactor .Considerând că reacţiile degajă căldură - deci sunt exoterme - reglarea temperaturii se realizează prin modificarea debitului de lichid de răcire Qr care circulă prin serpentina S. Bucla de reglare automată conţine traduc­torul de temperatură Tr, elementul de comparaţie EC (care primeşte mărimea r de la traductor şi mărimea de intrare i reprezentând temperatura prescrisă Op), regulatorul automat RA şi robinetul de reglare RR, acţionat pneumatic, a cărui deschidere este comandată de regulator; dacă regulatorul automat RA este electronic, atunci intervine şi un convertor electro - pneumatic intre regulator şi robinetul de reglare. La creşterea temperaturii q peste valoarea prescrisă qp regulatorul automat RA comandă creşterea deschiderii ventilului şi a debitului lichidului de răcire Qr ceea ce readuce temperatura la valoarea prescrisă, în cazul scăderii temperaturii q având loc o reducere a debitului lichidului de răcire Qr.

11. Reglarea automată a concentraţiei În industria chimică reglarea automată a concentraţiei este deosebit de importantă pentru obţinerea unor produse cu caracteristici dorite. în figură este ilustrată realizarea unui sistem de reglare automată a concentraţiei soluţiei din recipientul R, alimentat prin conducta A1 cu un lichid diluant cu concentraţia c1 şi prin conducta A2 cu un lichid concentrat, cu concentraţia c2 ; soluţia obţinută este evacuată de pompa P prin conducta A3, iar paleta PL realizează agitaţia necesară omogenizării soluţiei. Sistemul de reglare automată a concentraţiei include traductorul T r - reprezentând un analizor - elementul de comparaţie EC (care primeşte atât concentraţia cr, măsurată de analizor şi constituind mărimea de reacţie, cât şi concentraţia prescrisă cp, reprezentând mărimea de intrare), regulatorul automat RA şi robinetul de reglare RR, acţionat pneumatic; în ipoteza unui regulator electronic intervine şi un convertor electro - pneumatic. Pentru evitarea pierderilor, cantitatea de soluţie care trece prin traductorul Tr., - preluată din conducta A3 - este reintrodusă în recipientul R. In cazul creşterii concentraţiei cr, peste valoarea prescrisa cp regulatorul RA comandă‚ micşorarea deschiderii robinetului de reglare RR şi a debitului de concentrat, iar în cazul scăderii concentraţiei cr sub valoarea prescrisă cp, regulatorul RA comandă mărirea deschiderii robinetului RR şi a debitului de concentrat, în regim staţionar stabilindu-se egalitatea concentraţiei cr cu valoarea prescrisă cp. Analizorul care îndeplineşte funcţia de traductor de concentraţie poate fi un pH - metru (care măsoară valoarea pH - ului), un conductometru (care măsoară conductibilitatea), un densimetru sau un cromatograf.

12. SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ A CUPTOARELORDE TRATAMENTE TERMICE1.PRINCIPALELE PROBLEME ALE REGLĂRII CUPTOARELOR DE TRATAMENTE TERMICE a. Tipuri de cuptoare şi de regulatoare automate utilizate Procesele tehnologice de încălzire la anumite temperaturi pentru tratamentul termic al pieselor impun cuptoarelor o funcţionare cu indici de perfor­manţă ridicaţi, întrucât menţinerea temperaturii la valorile prescrise influenţează în măsură 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 două puncte diferite, pentru temperaturi de funcţionare cuprinse intre 600 şi 12000 C. Ca urmare, reglarea automată a temperaturii cuptoarelor are o importanţă deosebită. Din punct de vedere al sursei de încălzire se deosebesc cuptoare funcţio­nând cu combustibil de exemplu gaz metan şi cuptoare electrice, prevăzute cu rezistenţe de încălzire. Caracteristicile regulatoarelor folosite sunt determinate în măsură importantă de tipul sursei de încălzire a cuptorului. Astfel, pentru cuptoarele electrice se folosesc de regulă regulatoare automate cu două poziţii (uneori şi regulatoare automate cu trei poziţii) iar pentru cuptoarele cu combustibil se utilizează regulatoare liniare şi continue, uneori fiind folosite şi regulatoare extremale.

13. b. Principalele mărimi reglate Cea mai importantă mărime reglată automat în cuptoarele de tratamente termice este temperatura. Pe lângă valoarea temperaturii, la cuptoarele cu combustibil poate fi necesară şi reglarea debitelor de combustibil şi de aer, asigurându-se condiţii optime de ardere. In acest scop se poate folosi fie principiul reglării automate a raportului dintre debitul de aer şi cel de combustibil, fie principiul 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.

14. 2.REGLAREA AUTOMATĂ A TEMPERATURII CUPTOARELORa 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 A asigură încălzirea spaţiului S, a piesei P de pe vatra cuptorului şi a pereţilor cuptorului C. • Sistemul de reglare automata a temperaturii q reprezentând mărimea de ieşire e a sistemului) conţine traductorul Tr. - care include şi termocuplul TC, reprezentând elementul sensibil şi instalat în spaţiul S pentru sesizarea variaţiei temperaturii reglate q - elementul de comparaţie EC, elementul de prescriere a mărimii de referinţă EPR, regulatorul automat electronic RA, convertorul electropneumatic CV şi robinetul de reglare RR cu acţionare pneumatică. • Elementul de prescriere a mărimii de referinţă EPR- având acelaşi rol cu elementul similar din figura 1 - asigură obţinerea unui semnal de intrare variabil în timp conform programului stabilit pentru variaţia valorilor pres­crise qp, ale temperaturii q din cuptor în vederea obţinerii tratamentului termic dorit pentru piesa P. Pentru ilustrare, aspectul unui asemenea program de variaţie este reprezentat în figura de mai sus. • Elementul de comparaţie EC primeşte mărimea de intrare i de la blocul EPR şi mărimea de reacţie r de la traductorul Tr, transmiţând abaterea a =i - r regulatorului automat RA. Prin intermediul convertorului electro - pneumatic CV regulatorul electronic RA comandă robinetul de reglare RR cu acţionare pneumatică (îndeplinind funcţia de element de execuţie) şi modi­fică debitul de combustibil Qc - cu care este alimentat arzătorul A - în sensul menţinerii valorilor prescrise qp pentru temperatura q din cuptor.

15. Schema din figura de mai sus (în care s-a făcut abstracţie de alimentarea arză­torului cu aer de ardere) are dezavantajul că acţionează relativ lent la variaţii ale caracteristicilor combustibilului cu care este alimentatarzătorul A, fiind necesar un interval 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 pentru debitul de combustibil şi altul pentru temperatură, rezultând schema din figura a) (alimentarea cu aer de ardere nu este reprezentata în această schemă). Traductorul de temperatură Tr1,care include şi termocuplul TC, transmite elementului de comparaţie EC1 mărimea de reacţie r1, comparată cu mărimea de intrare i1, reprezentând valoarea prescrisă qp pentru temperatura q din cuptor. Abaterea a1 este aplicată la intrarea regulatorului de temperatură RA1, iar mărimea de comandă c1 de la ieşirea acestuia devine mărimea de intrare i2 pentru a doua buc1ă de reglare, care realizează reglarea automată a debitului de combustibil Qc. Bucla de reglare a debitului Qc conţine traductorul de debit Tr2, elementul de comparaţie Ec2 (care compara mărimile i2=c1 şi r2, rezultând abaterea a2 =i2 – r2=c1-r2), regulatorul automat electronic de debit RA2 convertorul electropneumatic CV şi robinetul de reglare acţionat pneumatic RR - reprezentând elementul de execuţie care modifică valoarea debitului de combustibil Qc. a). Schema reglării automate a temperaturii cuptoarelor cu combustibilprin intermediul măsurării temperaturii şi a debituluide combustibil.

16. b. Reglarea temperaturii cuptoarelor electrice In figura este reprezentată schema unui sistem de reglare automată bipoziţională a temperaturii q din cuptorul electric. Traductorul Tr. (care include şi termocuplul TC) transmite semnalul de reacţie r elementului de comparaţie EC, care primeşte şi mărimea de intrare reprezentând valoarea prescrisă qp, pentru temperatura qşi transmite regulatorului automat bipoziţional RABP valoarea abaterii a = i - r. Când abaterea a este pozitivă, deci temperatura q este mai mică decât valoarea prescrisă qp, regulatorul bipoziţional alimentează bobina releului RL cu o tensiune de comandă uc care determină acţionarea releului şi închiderea contactului acestuia, 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 K3 şi cele trei rezistente Rc de încălzire sunt puse sub tensiune - întrerupătorul cu pârghie IP a fost închis la pornirea cuptorului ceea ce determină creşterea temperaturii q. Dacă temperatura q este mai mare, decât valoarea prescrisă qp şi abaterea are valori negative, atunci se anulează tensiunea uc debitată de regulatorul bipoziţional RABP şi releul RL îşi deschide contactul, întrerupând alimentarea bobinei contactorului K ; ca urmare se deschid contactele K1, K2, K3 ale contactorului şi rezistenţele de încălzire Rc nu mai sunt alimentate, ceea ce determină scăderea temperaturii q. In acest mod, sistemul bipoziţional de reglare determină oscilaţii de amplitudine mica ale temperaturii q în jurul valorii prescrise qp, valoarea prescrisă fiind astfel menţinută numai cu o anumită aproximaţie. In alte variante, regulatorul bipoziţional comandă şuntarea şi deşuntarea unei porţiuni a rezistentelor de încălzire - fără a întrerupe complet alimentarea rezistenţelor - sau comuta conexiunea rezistentelor din triunghi în stea şi invers, modificându-se astfel în raport 3: 1 puterea electrică consumată.

17. CONCLUZII Ţinând seama de creşterea necontenită a volumului de informaţie ştiinţifică de faptul ca activitatea de cunoaştere nu se identifică cu acumularea de cunoştinţe, iar intelectul nu reprezintă un simplu depozit de date, o concluzie esenţială la care am ajuns este aceea ca instruirea trebuie să conducă la iniţierea elevilor cu precădere în modalităţile de utilizare a surselor 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 evaluare continua a rezultatelor instruirii, reglând mereu procesul de predare-învăţare, profesorul va modela elevii de astăzi astfel încât mâine, acesta sa poată deveni cercetătorul, inginerul, tehnicianul, muncitorul, într-un cuvânt acea personalitate de care universul tehnic are nevoie, pe toate treptele sale. Depăşind prejudecăţi, mentalităţi rigide, metode de învăţământ preponderent expozitive , “omul-de-la-catedră” va folosi disciplinatehnica pentru a structura în mod specific capacităţile intelectuale, psihomotorii si afective ale elevului funcţie de tipul de acţiuni practice si intelectuale pe care le implica învăţarea materiei respective, de manipulările concrete si dispozitivele de care se foloseşte, de contextul operaţiilor logice, de raţionamentele si interferentele pe care le presupun acestea. Numai in acest mod se vor forma acei muncitori electronişti care nu vor fi simpli executanţi ci specialişti capabili sa ia decizii tehnice corecte in situaţii diverse, sa opereze independent cu informaţia ştiinţifica, sa cerceteze realitatea prin confruntarea mai multor alternative posibile, deci sa facă fata exigentelor si competiţiei impuse de economia de piaţă.