REGULATOARE AUTOMATE

Regulatoare automate

I.1. Caracteristici generale

Prin automatizarea proceselor de productie se urmareste eliminarea interventiei directe a omului in aceste procese asigurandu-se desfasurarea lor in conformitate cu anumite cerinte impuse, fara interventia operatorului.

Principalele avantaje ale automatizarii constau in:

cresterea productivitatii muncii

imbunatatirea calitatii muncii

reducerea efortului intelectual depus de oameni in cadrul procesului de productie.

In structura oricarei instalatii automatizate se disting:

instalatia tehnologica

dispozivitivul de automatizare

Regulatorul automat (R.A) este blocul principal din cadrul dispozitivului de automatizare .

Regulatorul automat are rolul de a prelua semnalul de eroare ε (obtinut in urma comparatiei maririi de intrare y₀ si a marimii de masurate y,in elementul de comparatie) si de a elabora la iesirea un semnal de comanda u pentru elementul de executie.

Fig.1. Structura de baza a unui regulator automat

RA - regulator automat

A - amplificator

RC - retea de corectie

ER - element de prescriere a referintei

EA - element de comanda manuala pentru acordarea parametrilor RA

ECP - element de comparatie principal

ECS - element de comparatie secundar

CM - bloc de comanda normala

Regulatoarele automate sunt prevazute cu un comutator de trecere de pe regim cu referinta interna pe un regim cu referinta externa .

I.2. Clasificarea regulatoarelor

a. Regulatoare automate electronice, pneumatice si hidraulice:

In functie de tipul marimilor fizice de la intrarea si iesirea regulatoarelor automate se deosebesc: regulatoare automate electronice, pneumatice si hidraulice.

La regulatoarele electronice marimile respective sunt marimi electrice (tensiuni sau curenti), iar in interiorul blocului regulatoarelor automate prelucrarea acestor semnale - in conformitate cu legea de reglare adoptata - se realizeaza prin intermediul unor amplificatoare electronice si al unor rezistente si codensatoare.

La regulatoarele automate pneumatice marimile fizice de la intrarea si iesirea regulatoarelor automate sunt presiuni, agentul purtator de informatii fiind aerul comprimat. Blocul regulatoarelor automate contine amplificatoare pneumatice, rezistente si capacitati pneumatice; constructia acestor regulatoare automate se realizeaza prin intermediul elementelor cu membrane sau al celor cu burdufuri. Agentul purtator de informatii la regulatoarele automate hidraulice este uleiul sub presiune, aceste regulatoare incluzand amplificatoare hidraulice (cu distribuitor sau cu tub cu jet), amortizoare hidraulice, sisteme de parghii si resoarte. Se folosesc si regulatoare mixte electrono-pneumatice sau electrono-hidraulice, in care intervin si elemente electronice si elemente pneumatice (sau hidraulice), cuplate prin intermediul unor convertoare.

b. Regulatoare automate unificate si specializate:

Clasificarea regulatoarelor automate in unificate si specializate este strans legata de constructia regulatoarelor.

Regulatoarele unificate functioneaza cu semnale unificate, respectiv la intrarea si iesirea subansamblurilor si blocurilor componente, sunt prevazute marimi de aceeasi natura fizica si cu aceeasi gama de variatie. Unificarea semnalelor prezinta mari avantaje. Astfel, diversele subansambluri pot fi conectate in diferite moduri, intrucat au la intrari si iesiri aceeasi marime fizica si cu aceeasi gama de variatie, rezultand astfel proprietatea subansamblurilor de a fi interschimbabile; ca urmare cu un numar relativ redus de subansambluri poate fi realizata o mare varietate de scheme. Datorita flexibilitatii in conectarea subansamblurilor, regulatoarele unificate, nu sunt destinate numai unei anumite categorii de instalatii tehnologice automatizate - deci nu sunt specializate - ci pot fi folosite pentru reglarea diferitelor marimi din cadrul unei diversitati de instalatii tehnologice, avand astfel un caracter de generalitate (sau universalitate) a utilizarii.

Regulatoarele specializate dupa cum arata si denumirea lor au o destinatie speciala. Constructia lor este de regula adaptata la instalatia tehnologica automatizata si deci aria de utilizare este mai restransa. In prezent, indeosebi regulatoarele hidraulice mai sunt realizate ca regulatoare specializate, intrucat constructia lor este de multe ori legata de constructia instalatiei tehnologice, de exemplu, cum este cazul regulatoarelor de turatie ale turbinelor cu abur.

c. Regulatoare automate liniare si neliniare

La regulatoarele automate liniare dependenta in regim stationar dintre marimile de iesire si de intrare are un caracter liniar.

La regulatoarele automate neliniare dependenta mentionata este neliniara. Cele mai utilizate categorii de regulatoare neliniare sunt regulatoarele bipozitionale si tripozitionale.

Clasificarea RA dupa:

Tipul actiunii realizate: regulatoarele cu actiune continua, la care eroarea E si comanda U variaza continuu in timp. In functie de legea de dependenta intre intrare si iesire regulatoarele pot fi liniare si neliniare. Regulatoarele continue liniare sunt de tipul P, PI, PID etc si cele neliniare pot fi bipozitionale sau tripozitionale.

Alegerea tipului de regulator automat depinde de:

principiul de functionare (mecanic, electric, electronic )

conditiile de functionare (mediu, regim special)

de putere si caracteristici statice ale elementelor

ansamblul de performanta

Performantele sistemelor de reglare automata

Eroarea (abaterea) in regim stationar este data de diferenta dintre valoarea ideala, prescrisa de intrare si valoarea reala a marimii de iesire in regimul stationar. De multe ori se impune ca eroare stationara sa fie nula.

Suprareglarea deoarece depasirile importante ale valorii stationare de la iesire pot provoca suprasolicitari ale instalatiei sau procesului tehnologic reglat determinind fie uzura prematura fie deteriorarea elementelor acestora, valoarea suprareglarii trebuie limitata.

Gradul de amortizare reprezinta diferenta dintr-o unitate si raportul amplitudinilor a 2 semioscilatii.

Durata regimului tranzitoriu denumit si timpul de raspuns al sistemului de reglare.

Stabilitatea sistemului de reglare automata se caracterizeaza prin echilibrul reciproc al tuturor marimilor fizice (forte, cupluri, tensiuni, curenti, presiuni) care apar si participa la reglare.

I.3. Regulatoare automate electronice pentru procese rapide

a. Regulatoare automate electronice pentru procese rapide elaborate si fabricate la noi in tara:

Primul sistem de reglare electronic pentru procese rapide elaborat si fabricat la noi in tara, a fost sistemul unificat UNIDIN. In prima varianta amplificatoarele au fost realizate cu tranzistoare de germaniu, iar ulterior, in varianta UNIDIN - S, cu tranzistoare cu siliciu. In cadrul variantelor cu turatie V₁, V₃, V₃M sunt incluse blocurile de reglare BR, care contin amplificatoare AR realizate cu tranzistoare npn si pnp. Cel mai recent sistem electronic unificat pentru procese rapide este inclus in sistemul CPT (R) - convertizoare modulate cu tiristoare (reversibile sau nereversibile) - in care sunt utilizate amplificatoare operationale cu circuite integrate (AOCI). Toate aceste variante de regulatoare automate electronice au ca semnal unificat tensiunea continua variind in gama +10,0 -10V si asigura reglarea automata a turatiei si a curentului de alimentare al motoarelor electrice.

b. Amplificatoare utilizate in regulatoare automate electronice pentru procese rapide:

In blocurile de reglare BR din variatoarele de turatie V₁, V₃ sunt folosite amplificatoare cu etaje diferentiale de amplificare, datorita avantajelor acestora de a fi mai putin influentate de perturbari.

In cadrul regulatoarelor electronice din variatoarele de turatie V₁, V₃ se foloseste o schema diferentiala reprezentata in fig.2.

Fig.2. Schema unui etaj de amplificare al unui amplificator diferential utilizat la regulatoarele electronice din variatoarele de turatie V₁ si V₃

Tranzistoarele npn T₁ si T₂ formeaza primul etaj de amplificare, realizand o schema diferentiala, iar tranzistorul npn T₃ - cu o polarizare constanta pe baza, determinata de divizorul de tensiune compus din rezistentele R₁ si R₂, indeplineste functia unui generator de curent constant, pastrand constanta suma curentilor de emitor (si de colector) ai tranzistoarelor T₁ si T₂.

Rezistenta comuna de colector R_C3 are rolul de a compensa efectele variatiilor de temperatura asupra functionarii tranzistorului T₃.

Alimentarea este efectuata cu tensiuni stabilizate de +24V, -24V.

In regulatoarele automate electronice din cadrul sistemelor CPT(R) sunt utilizate AOCI.

I.4. Regulatoare automate electronice pentru procese lente

a. Regulatoare automate electronice pentru procese lente fabricate la noi in tara: Primul sistem unificat electronic tranzistorizat pentru reglarea proceselor lente, fabricate la noi in tara, a fost sistemul E, cu o gama variata de regulatoare liniare si neliniare, precum si traductoare, adaptoare, inregistratoare, convertoare, elemente de calcul si alte aparate aferente. Semnalul unificat este curentul continuu 210mA. Ulterior a fost elaborat, proiectat si fabricat la noi in tara, un nou sistem, denumit SEROM, destinat reglarii proceselor lente. Acest sistem este realizat cu AOCI, cuprinde o gama larga de regulatoare liniare cu actiune continua, in impulsuri, de regulatoare liniare si de aparate. Regulatoarele automate electronice din acest sistem cu performante superioare pot functiona cu mai multe semnale unificate, reprezentate de curenti continui si tensiuni continue cu diverse game de variatii.

b. Regulatoare automate electronice din sistemul SEROM:

In sistemul SEROM regulatoarele sunt realizate cu AOCI cu performante superioare, care realizeaza amplificari mari si au totodata efecte de deriva a nulului foarte reduse, ca urmare, in schemele amplificatoarelor nu mai este necesara folosirea dispozitivelor de modulare, amplificare in curent alternativ si demodulare, intreaga amplificare din cadrul regulatoarelor automate elctronice fiind realizata in curent continuu. Sistemul SEROM cuprinde regulatoarele liniare de tipurile ELC 1131, 1132, 1133, 1134, 1135, alcatuite din moduri functionale. Principalele module componente ale regulatoarelor liniare din sistemul SEROM sunt:- modulul adaptor de intrare;

- modulul derivativ (D);

- modulul proportional integral (PI);

- modulul convertor de iesire, care asigura obtinerea semnalului unificat de 420mA.

Fig.3 Schema simplificata a elementului de comparatie realizat in sistemul SEROM