Sisteme de reglare automata -

Lucrare de proiect

Sisteme de reglare automata

CUPRINS

Argument

Am ales aceasta tema,''Sisteme de reglare automata'' deoarece,dintre toate ramurile mecatronicii,mi s-a parut mai deosebita.

Este un subiect mai usor si totodata interesant.

CATEGORII DE SISTEME DE AUTOMATIZARE
SISTEME DE REGLARE AUTOMATA (SRA)

Intrucat nu este prevazut un calculator pentru conducere in regim de supraveghere, modificarea marimii de intrare (de referinta) i se efectueaza prin interventia manuala a operatorului asupra elementului de prescriere a marimii de referinta EPR; aceasta interventie manuala consta in actionarea unor potentiometre, comutarea unor chei cu contacte etc. Elementul de comparatie EC efectueaza permanent diferenta dintre marimea de intrare I si marimea de reactie r (obtinuta la iesirea traductorului Tr. instalat pe calea de reactie), rezultand abaterea (marimea de actionare) a, definita de relatia:

a = i - r (1)

Abaterea a este aplicata la intrarea regulatorului automat RA, care efectueaza prelucrarea acestei marimi dupa o lege stabilita, denumita lege de reglare, rezultand la iesirea regulatorului marimea de comanda c, aplicata la intrarea elementului de executie EE.

La iesirea acestui element se obtine marimea de executie m, care actioneaza asupra instalatiei tehnologice IT, astfel incat marimea reg1ata e (marime de iesire a intregului sistem) sa fie mentinuta la valoarea impusa, prescrisa prin intermediul marimii de referinta i (marime de intrare a intregului sistem de reglare automata), fiind astfel compensata influenta nedorita a perturbarii p asupra marimii reglate e ; in realitate, instalatia tehnologica IT este supusa actiunii mai multor perturbari.

Caracteristica specifica a SRA consta in prezenta buclei inchise pe care o formeaza elementele, componente si semnalele transmise intre aceste elemente; datorita acestei bucle, SRA sunt denumite si sisteme automate cu circuit inchis.

Abaterea a este definita de relatia:

a = i - e (2)

Utilizarea SRA are ca scop sa se. asigure pe intervale cat mai mari de timp egalitatea :

e = i (3)

dintre marimea de iesire. e si marimea de intrare i, aceasta din urma indicand de fapt valoarea prescrisa prin marimea de iesire.

Mentinerea marimii de iesire e - prin actiunea SRA- la valorile prescrise prin marimea de intrare i este esentiala pentru a se asigura obtinerea unei calitati dorite a produselor fabricate in instalatia tehnologica respectiva . Astfel, de exemplu, in cazul unui cuptor de tratament termic mentinerea temperaturii cat mai aproape de valorile prescrise (printr-o curba de variatie in timp data) are o importanta hotaratoare pentru calitatea pieselor rezultate.

Egalitatea (3) nu poate fi permanent asigurata, intrucat intervine actiunea perturbarilor, care determina abateri ale marimii de iesire e de la valorile prescrise prin marimea de intrare i, rezultand:

e i (4) si deci a = i - e (5)

Abaterea a avand valori diferite de zero, sistemul de reglare actioneaza in sensul compensarii actiunii perturbarii asupra marimii de iesire si a restabilirii egalitatii (3), rezultand astfel: a = i - e = 0.   

Sistemele de reglare automata, realizate cu echipamente clasice de tipul regulatoarelor automate sau cu calculatoare in regim de conducere numerica directa, au aplicatii deosebit de numeroase in industrie.

CLASIFICARI. CATEGORII DE SISTEME DE REGLARE AUTOMATA (SRA)

n      Sisteme de reglare automata pentru procese lente si pentru procese rapide

n      Sisteme de reglare automata continue si discrete

n      Sisteme de reglare automata liniare si neliniare

n      Sisteme de reglare automata cu un bloc de reglare si cu mai multe blocuri de reglare

n      Sisteme de reglare automata monovariabile si multivariabile

n      Sisteme de reglare automata cu legi de reglare obisnuite si cu legi de reglare speciale

SISTEME DE REGLARE AUTOMATA IN INDUSTRIA CHIMICA

a. Reglarea automata a debitelor si a rapoartelor de debite

Schema de elemente a sistemului de reglare automata a debitului de lichid dintr-o conducta.

Traductorul de debit Tr poate fi realizat ca traductor de presiune diferentiala, prin intermediul unei diafragme, valoarea marimii de iesire a a traductorului fiind proportionala cu patratul debitului Q din conducta C, respectiv:

v=K1Q2    (3.1)

Pentru compensarea neliniaritatii din relatia (3.1)- neliniaritate introdusa de traductorul de diafragma - dupa traductoru1 Tr este introdus elementul de extragere a radacinii patrate ER, marimea r de la iesirea acestuia avand expresia:

(3.2)

unde K`1 este o constanta. in acest mod, marimea de reactie r devine proportionala cu debitul reglat Q.

Regulatorul automat electronic RA primeste de la elementul de comparatie EC valoarea abaterii a = i - r (marimea i fiind reprezentata de valoarea prescrisa Qp pentru debitul Q) si transmite marimea de comanda c convertorului electropneumatic CV, care actioneaza asupra robinetului de reglare pneumatic RR si acesta asigura modificarea debitului Q in sensul stabilirii valorii prescrise Qp, astfel . daca:

Q < Qp (3.3)

si deci debitul Q trebuie marit, regulatorul RA comanda robinetul de reglare RR in sensul in care acesta se deschide mai mult ti ca urmare debitul Q creste , iar daca:

Q > Qp (3.4)

regulatorul RA comanda robinetul RR in sensul micsorarii deschiderii acestuia, rezultand scaderea debitului Q pana la obtinerea egalitatii:

Q = Qp. (3.5)

De cele mai multe ori in practica elementul de comparatie EC este inclus in regulatorul automat RA.

b. Reglarea auto mata a presiunilor

Presiunea intr-un recipient poate fi reglata fie prin modificarea debitului de admisie a fluidului in recipient, fie prin modificarea debitului de evacuare din recipient. in figura este ilustrata reglarea automata a presiunii p a gazului din recipientul R prin modificarea debitului Qad, de admisie, debitul de evacuare Qev variind arbitrar, in functie de cerintele consumatorilor racordati la recipient prin conductele C1, C2,.. Cn.

Recipientul are astfel rolul unui vas tampon, iar reglarea automata a presiunii p permite alimentarea consumatorilor la o presiune constanta, fiind astfel asigurata o cerinta importanta de calitate a alimentarii consumatorilor.

Bucla de reglare include traductorul de presiune Tr, elementul de comparatie EC - care primeste marimea de reactie r si marimea de intrare i, reprezentand valoarea prescrisa pp a presiunii p - regulatorul automat RA si robinetul de reglare RR comandat pneumatic, care indeplineste functia de element de executie (in schema nu a mai fost reprezentat un convertor electro - pneumatic, care trebuie intercalat intre regulatorul RA si robinetul pneumatic RR in cazul cand regulatorul este electronic; daca regulatorul RA este de tip pneumatic, convertorul nu mai este necesar).

Variatia debitului de evacuare Qev determinata de cerinte1e consumatorilor reprezinta o perturbare pentru sistemul de reglare a presiunii. Astfel, daca creste debitul de evacuare Qev se produce o scadere a presiunii p in recipient si ca urmare regulatorul RA comanda marimea deschiderii robinetului RR rezultand o crestere a debitului de admisie Qad si restabilirea presiunii p la valoarea prescrisa i = pp.

Reglarea automata a nivelului

Reglarea nivelului de lichid intr-un vas poate fi efectuata prin modificarea debitului de admisie Qad sau prin modificarea debitului de evacuare Qev din vas. in figura este ilustrata prima varianta, debitul de evacuare Qev variind arbitrar in functie de cerintele consumatorilor racordati la conducta de evacuare.

Variatia nivelului h - provocata de modificarea debitului de evacuare Qev este sesizata de traductorul Tr, care transmite elementului de comparatie marimea de reactie r; primind si marimea de intrare i (reprezentand valoarea prescrisa hp, a nivelului h), elementul de comparatie EC transmite abaterea a regulatorului automat RA, care comanda robinetul de reglare RR si modificarea debitului de admisie Qad in sensul necesar restabilirii valorii prescrise a nivelului.

Reglarea automata a temperaturii intr-un reactor chimic

Reglarea temperaturii se realizeaza prin intermediul unui schimb de caldura intre doua sau mai multe medii, schimbul de caldura avand loc printr-o suprafata de separare sau prin amestec, fara suprafata de separare.

Intrucat variatiile temperaturii au o influenta importanta asupra modului de desfasurare a reactiilor chimice, reglarea temperaturii la anumite va1ori este necesara in instalatiile din industria chimica. In figura este ilustrata reglarea automata a temperaturii q din reactorul chimic RC, alimentat cu reactanti prin conducta C1 si debitand produsele rezultate din reactii prin conducta C2 ; paleta rotativa P realizeaza agitatia mediului din reactor .Considerand ca reactiile degaja caldura - deci sunt exoterme - reglarea temperaturii se realizeaza prin modificarea debitului de lichid de racire Qr care circula prin serpentina S. Bucla de reglare automata contine traductorul de temperatura Tr, elementul de comparatie EC (care primeste marimea r de la traductor si marimea de intrare i reprezentand temperatura prescrisa Op), regulatorul automat RA si robinetul de reglare RR, actionat pneumatic, a carui deschidere este comandata de regulator; daca regulatorul automat RA este electronic, atunci intervine si un convertor electro - pneumatic intre regulator si robinetul de reglare.

La cresterea temperaturii q peste valoarea prescrisa qp regulatorul automat RA comanda cresterea deschiderii ventilului si a debitului lichidului de racire Qr ceea ce readuce temperatura la valoarea prescrisa, in cazul scaderii temperaturii q avand loc o reducere a debitului lichidului de racire Qr.

Reglarea automata a concentratiei

In industria chimica reglarea automata a concentratiei este deosebit de importanta pentru obtinerea unor produse cu caracteristici dorite. in figura este ilustrata realizarea unui sistem de reglare automata a concentratiei solutiei din recipientul R, alimentat prin conducta A1 cu un lichid diluant cu concentratia c1 si prin conducta A2 cu un lichid concentrat, cu concentratia c2 ; solutia obtinuta este evacuata de pompa P prin conducta A3, iar paleta PL realizeaza agitatia necesara omogenizarii solutiei. Sistemul de reglare automata a concentratiei include traductorul T r - reprezentand un analizor - elementul de comparatie EC (care primeste atat concentratia cr, masurata de analizor si constituind marimea de reactie, cat si concentratia prescrisa cp, reprezentand marimea de intrare),regulatorul automat RA si robinetul de reglare RR, actionat pneumatic; in ipoteza unui regulator electronic intervine si un convertor electro - pneumatic.

Pentru evitarea pierderilor, cantitatea de solutie care trece prin traductorul Tr., - preluata din conducta A3 - este reintrodusa in recipientul R.

In cazul cresterii concentratiei cr, peste valoarea prescrisa cp regulatorul RA comanda, micsorarea deschiderii robinetului de reglare RR si a debitului de concentrat, iar in cazul scaderii concentratiei cr sub valoarea prescrisa cp, regulatorul RA comanda marirea deschiderii robinetului RR si a debitului de concentrat, in regim stationar stabilindu-se egalitatea concentratiei cr cu valoarea prescrisa cp.

Analizorul care indeplineste functia de traductor de concentratie poate fi un pH - metru (care masoara valoarea pH - ului), un conductometru (care masoara conductibilitatea), un densimetru sau un cromatograf.

SISTEME DE REGLARE AUTOMATA A CUPTOARELOR
DE TRATAMENTE TERMICE

1.PRINCIPALELE PROBLEME ALE REGLARII CUPTOARELOR DE TRATAMENTE TERMICE

a.Tipuri de cuptoare si de regulatoare automate utilizate

Procesele tehnologice de incalzire la anumite temperaturi pentru tratamentul termic al pieselor impun cuptoarelor o functionare cu indici de performanta ridicati, intrucat mentinerea temperaturii la valorile prescrise influenteaza in masura insemnata calitatea pieselor obtinute. Astfel, abaterile maxime admise (fata de temperatura prescrisa) pot fi foarte reduse, de numai cateva grade, iar neuniformitatea impusa repartitiei temperaturilor in cuptor poate fi caracterizata de limitarea la numai 10-150C a diferentelor dintre temperaturile din doua puncte diferite, pentru temperaturi de functionare cuprinse intre 600 si 12000 C.

Ca urmare, reglarea automata a temperaturii cuptoarelor are o importanta deosebita.

Din punct de vedere al sursei de incalzire se deosebesc cuptoare functionand cu combustibil de exemplu gaz metan si cuptoare electrice, prevazute cu rezistente de incalzire. Caracteristicile regulatoarelor folosite sunt determinate in masura importanta de tipul sursei de incalzire a cuptorului.

Astfel, pentru cuptoarele electrice se folosesc de regula regulatoare automate cu doua pozitii (uneori si regulatoare automate cu trei pozitii) iar pentru cuptoarele cu combustibil se utilizeaza regulatoare liniare si continue, uneori fiind folosite si regulatoare extremale.

b.Principalele marimi reglate

Cea mai importanta marime reglata automat in cuptoarele de tratamente termice este temperatura. Pe langa valoarea temperaturii, la cuptoarele cu combustibil poate fi necesara si reglarea debitelor de combustibil si de aer, asigurandu-se conditii optime de ardere.

In acest scop se poate folosi fie principiul reglarii automate a raportului dintre debitul de aer si cel de combustibil, fie principiul reglarii extremale.

In unele cazuri, pentru a se uniformiza circulatia gazelor calde in cuptor poate fi necesara reglarea automata a presiunii in anumite puncte din cuptor.

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

Schema reglarii temperaturii q din spatiul de incalzire S al unui cuptor cu combustibil C este reprezentata in figura. Flacara arzatorului A asigura incalzirea spatiului S, a piesei P de pe vatra cuptorului si a peretilor cuptorului C.

Sistemul de reglare automata a temperaturii q (reprezentand marimea de iesire e a sistemului) contine traductorul Tr. - care include si termocuplul TC, reprezentand elementul sensibil si instalat in spatiul S pentru sesizarea variatiei temperaturii reglate q - elementul de comparatie EC, elementul de prescriere a marimii de referinta EPR, regulatorul automat electronic RA, convertorul electropneumatic CV si robinetul de reglare RR cu actionare pneumatica.

Elementul de prescriere a marimii de referinta EPR- avand acelasi rol cu elementul similar din figura 1 - asigura obtinerea unui semnal de intrare variabil in timp conform programului stabilit pentru variatia valorilor prescrise qp, ale temperaturii q din cuptor in vederea obtinerii tratamentului termic dorit pentru piesa P. Pentru ilustrare, aspectul unui asemenea program de variatie este reprezentat in figura de mai sus.

Elementul de comparatie EC primeste marimea de intrare i de la blocul EPR si marimea de reactie r de la traductorul Tr, transmitand abaterea a =i - r regulatorului automat RA. Prin intermediul convertorului electro - pneumatic CV regulatorul electronic RA comanda robinetul de reglare RR cu actionare pneumatica (indeplinind functia de element de executie) si modifica debitul de combustibil Qc - cu care este alimentat arzatorul A - in sensul mentinerii valorilor prescrise qp pentru temperatura q din cuptor.

b. Reglarea temperaturii cuptoarelor electrice

In figura este reprezentata schema unui sistem de reglare automata bipozitionala a temperaturii q din cuptorul electric. Traductorul Tr. (care include si termocuplul TC) transmite semnalul de reactie r elementului de comparatie EC, care primeste si marimea de intrare reprezentand valoarea prescrisa qp, pentru temperatura q - si transmite regulatorului automat bipozitional RABP valoarea abaterii a = i - r.

Cand abaterea a este pozitiva, deci temperatura q este mai mica decat valoarea prescrisa qp, regulatorul bipozitional alimenteaza bobina releului RL cu o tensiune de comanda uc care determina actionarea releului si inchiderea contactului acestuia, fiind astfel stabilit circuitul de alimentare de la retea (intre faza T si conductorul de nul) a bobinei contactorului K. Ca urmare contactorul K isi inchide contactele K1, K2 si K3 si cele trei rezistente Rc de incalzire sunt puse sub tensiune - intrerupatorul cu parghie IP a fost inchis la pornirea cuptorului ceea ce determina cresterea temperaturii q. Daca temperatura q este mai mare, decat valoarea prescrisa qp si abaterea are valori negative, atunci se anuleaza tensiunea uc debitata de regulatorul bipozitional RABP si releul RL isi deschide contactul, intrerupand alimentarea bobinei contactorului K ; ca urmare se deschid contactele K1, K2, K3 ale contactorului si rezistentele de incalzire Rc nu mai sunt alimentate, ceea ce determina scaderea temperaturii q.

In acest mod, sistemul bipozitional de reglare determina oscilatii de amplitudine mica ale temperaturii q in jurul valorii prescrise qp, valoarea prescrisa fiind astfel mentinuta numai cu o anumita aproximatie.

In alte variante, regulatorul bipozitional comanda suntarea si desuntarea unei portiuni a rezistentelor de incalzire - fara a intrerupe complet alimentarea rezistentelor - sau comuta conexiunea rezistentelor din triunghi in stea si invers, modificandu-se astfel in raport 3: 1 puterea electrica consumata.

Bibliografie

n      www.google.ro

n      Manual mecatronica clasa a XI-a