08_reglarea automata a parametrilor proceselor tehnologice

nv mntul profesional i tehnic n domeniul TIC Proiect cofinan at din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007 2013 Beneficiar - Centrul Na ional de Dezvoltare a nv mntului Profesional i Tehnic str. Spiru Haret nr.10-12, sector 1, Bucure ti-010176, tel. 021-311 11 62, fax. 021-312 54 98, [email protected]

Reglarea automat a parametrilor proceselor tehnologice Material de predare

Domeniul: Electronic automatiz ri Calificarea: Tehnician n automatiz ri Nivel 3

2009

1

AUTOR: MIHAELA PINTEA profesor de specialitate, grad didactic I

COORDONATOR:

ing. DIACONU GABRIELA profesor de specialitate, grad didactic I

CONSULTAN

:

IOANA CRSTEA expert CNDIPT ZOICA VL DU expert CNDIPT ANGELA POPESCU expert CNDIPT DANA STROIE expert CNDIPT

Acest material a fost elaborat n cadrul proiectului nv 2013

mntul profesional i tehnic n

domeniul TIC, proiect cofinan at din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007-

2

Cuprins ................................................................................................................................ 3 Introducere .......................................................................................................................... 4 Documente necesare pentru activitatea de predare ............................................................ 6 Resurse ............................................................................................................................... 7 Tema nr.1. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a temperaturii ...................................................................................................................... 7 FI A SUPORT 1.1. SRA pentru reglarea temperaturii ................................................ 7 1.1.1. Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei ..................................... 7 1.1.2. Reglarea temperaturii ....................................................................................... 8 SUGESTII METODOLOGICE .................................................................................... 9 FI A SUPORT 1.2. Exemple de SRA de reglare a temperaturii, cu structur evoluat ................................................................................................................................... 10 SUGESTII METODOLOGICE .................................................................................. 12 TEMA NR.2 Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a presiunii ............................................................................................................. 13 FI A SUPORT 2.1. SRA pentru reglarea presiunii ................................................... 13 2.1.1. Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei ................................... 13 SUGESTII METODOLOGICE .................................................................................. 15 FI A SUPORT 2.2. Exemple de SRA a presiunii ....................................................... 16 SUGESTII METODOLOGICE .................................................................................. 18 TEMA NR.3 Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a nivelului ............................................................................................................. 19 FI A SUPORT 3.1. SRA pentru reglarea nivelului .................................................... 19 3.1.1. Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei ................................... 19 3.1.2. Reglarea nivelului ........................................................................................... 23 SUGESTII METODOLOGICE .................................................................................. 24 FI A SUPORT 3.2. Exemple de SRA a nivelului cu structur evoluat ...................... 25 SUGESTII METODOLOGICE ........................................................................................ 26 TEMA NR.4. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a debitului ......................................................................................................................... 27 FI A SUPORT 4.1. SRA pentru reglarea debitului ................................................... 27 4.1.1. Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei ................................... 27 4.1.2.Reglarea debitului ........................................................................................... 31 SUGESTII METODOLOGICE .................................................................................. 33 TEMA NR.5. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a umidit ii ........................................................................................................................ 34 FI A SUPORT 5.1. SRA pentru reglarea umidit ii .................................................. 34 5.1.1.Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei .................................... 34 5.1.2.Reglarea umidit ii ........................................................................................... 39 SUGESTII METODOLOGICE .................................................................................. 42 TEMA NR.6. SRA n cascad ........................................................................................ 43 6.1.1.Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei .................................... 43 6.1.2. Sisteme de reglare automat n cascad ....................................................... 45 Exemple de SRA n cascad .................................................................................... 45 SUGESTII METODOLOGICE .................................................................................. 48 TEMA NR.7. Automate programabile ........................................................................ 49 FI A SUPORT 7.1. Automate programabile ............................................................. 49 SUGESTII METODOLOGICE .................................................................................. 50 Bibliografie: ....................................................................................................................... 51

Cuprins

3

IntroducereStructura modular a Standardului de Preg tire Profesional necesit o ordonare ct mai eficient a elementelor tehnice pe care profesorul trebuie s le predea elevilor. Prezentul material de predare i propune s ofere un sprijin n procesul de predare-nv are profesorului. Profesorul care utilizeaz materialele de predare trebuie s cunoasc i s valorifice con inutul acestora, deoarece structurarea informa iilor este generat de curriculum modular alc tuit pe baza Standardului de Preg tire Profesional . nainte de aplicarea propriu-zis a materialelor de predare propuse, profesorul trebuie s cunoasc particularit ile colectivului de elevi i, ndeosebi, stilurile de nv are ale acestora, pentru reu ita centr rii pe elev a procesului instructiv. Structurarea con inuturilor se bazeaz pe principiul subordon rii la competen ele de format i la criteriile de performan ale fiec rei competen e: astfel, au fost selectate i organizate corespunz tor, informa ii care permit formarea unei competen e i atingerea criteriilor de performan prev zute n SPP. Fiecare etap de nv are este urmat de execi ii (lucr ri practice) prin care sunt exersate diferite stiluri de nv are. Materialele de predare urm resc cu stricte e condi iile de aplicabilitate ale criteriilor de performan pentru fiecare competen , a a cum sunt acestea precizate n Standardele de Preg tire Profesional . Sunt incluse o serie de materiale didactice, precum: folii transparente teste materiale informative aplica ii tip proiect calculatorul personal i soft-uri specializate

Prezentul material de predare nu acoper ntreaga tematic cuprins n Standardul de Preg tire Profesional i n Curriculum. Modulul Reglarea automat a parametrilor proceselor tehnologice se studiaz n clasa a XII-a liceu tehnologic, n vederea asigur rii preg tirii de specialitate n calificarea tehnician n automatiz ri din profilul tehnic. Modulul face parte din Stagii de preg tire practic (aria curricular "Tehnologii") i are alocate un num r de 50 de ore / an, din care: y laborator tehnologic 30 ore; y instruire practic 20 ore Unitatea de competen aferent modulului este: Reglarea automat a parametrilor proceselor tehnologice

4

Competen e vizate

Teme Tema nr.1. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a temperaturii Tema nr.2. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a presiunii Tema nr.3. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a nivelului Tema nr.4. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a debitului Tema nr.5. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a umidit ii Tema nr.1. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a temperaturii Tema nr.2. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a presiunii Tema nr.3. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a nivelului Tema nr.6. SRA n cascad

Fise suport FI A SUPORT 1.1. SRA pentru reglarea temperaturii FI A SUPORT 2.1. SRA pentru reglarea presiunii FI A SUPORT 3.1. SRA pentru reglarea nivelului FI A SUPORT 4.1. SRA pentru reglarea debitului FI A SUPORT 5.1. SRA pentru reglarea umidit ii FI A SUPORT 1.2. Exemple de SRA de reglare a temperaturii, cu structur evoluat FI A SUPORT 2.2. Exemple de SRA a presiunii FI A SUPORT 3.2. Exemple de SRA a nivelului cu structur evoluat FI A SUPORT 6.1. SRA n cascad FI A SUPORT 7.1. Automate programabile

Elaboreaz scheme bloc pentru diferite posibilit i de reglare automat a unui proces

Analizeaz modul de conectare a elementelor componente pentru realizareaa unui SRA cu structur evoluat

Analizeaz utilizarea automatelor programabile

Tema nr.7. Automate programabile

Cadrele didactice au posibilitatea de a decide asupra num rului de ore alocat fiec rei teme, n func ie de dificultatea temei, de nivelul de cuno tin e anterioare ale grupului instruit, de complexitatea materialului didactic implicat n strategia didactic i ritmul de asimilare a cuno tin elor i formare a deprinderilor, proprii grupului instruit. Preg tirea practic prin laboratorul tehnologic se va desf ura n spa ii special amenajate, dotate corespunz tor, pe grupe de elevi, cu respectarea legisla iei n vigoare.

5

Se recomand cadrelor didactice s studieze toate materialele elaborate pentru modulul Reglarea automat a parametrilor proceselor tehnologice ( materialul de predare, materialul de nv are i instrumentele de evaluare) dar i cele elaborate pentru modulele de specialitate elaborate pentru unit ile de competen specializate: (Sisteme de automatizare, Sisteme de reglare automat , Automate programabile, Re ele de calculatoare) nainte de a elabora planificarea calendaristic , pentru a corela toate deprinderile i abilit ile dobndite de elevi cu cele ce urmeaz a fi achizi ionate prin parcurgerea prezentului modul.

Primele 5 teme din tabelul de corelare a competen elor cu con inuturile vor fi parcurse de preferin n cele 30 de ore de laborator alocate modulului ( 6ore/zi 5 zile), urmnd ca temele 6 i 7 s fie parcurse n orele de instruire practic la agen i economici cu care coala a ncheiat parteneriate i care au posibilitatea s asigure baza material pentru dobndirea competen elor aferente. Dac dotarea existent n unit ile economice n care se realizeaz stagiul de practic comasat pune la dispozi ia elevilor mai multe SRA pentru diferi i parametrii indica i (temperatur , presiune, debit, nivel, umiditate, i altele) se pot efectua studii de caz cu grupe de elevi repartizate n puncte de lucru diferite.

n prezentul material de predare au fost date pentru fiecare tem cteva no iuni de baz pentru parcurgerea temei i au fost propuse diferite moduri de rezolvare practic a temelor. Cadrele didactice au posibilitatea s aleag diferite metode de lucru n func ie de dotarea laboratorului n care i desf oar activitatea, de nivelul de preg tire al colectivului de elevi i de specificul activit ilor din unit ile economice unde elevii parcurg stagiul de preg tire practic aferent modulului.

Documente necesare pentru activitatea de predare1. Standardul de preg tire profesional pentru calificarea tehnician n automatiz ri www.tvet.ro, sec iunea Curriculum SPP i www.edu.ro, sec iunea nv mnt preuniversitar 2. Curriculum pentru calificarea tehnician n automatiz ri www.tvet.ro, sec iunea Curriculum SPP i www.edu.ro, sec iunea nv mnt preuniversitar

6

ResurseTema nr.1. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a temperaturii FI A SUPORT 1.1. SRA pentru reglarea temperaturii1.1.1. Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei

Temperatura este m rimea care caracterizeaz starea de nc lzire a unui corp. M surarea temperaturii se face cu ajutorul termometrelor. M surarea temperaturii este o problem legat de definirea acestei m rimi ct i de utilizarea unor sc ri de temperatur adecvate metodelor practice de m surare. Se lucreaz n general cu dou no iuni: temperatur empiric (practic ) prin care se n elege un parametru termic care are proprietatea c ntrun sistem izolat format din mai multe corpuri n contact termic, condi ia necesar i suficient de echilibru este ca toate corpurile s aib aceea i valoare a temperaturii; temperatur absolut (termodinamic ) - prin care se n elege factorul de propor ionalitate al schimbului de energie prin efect termic pentru fiecare corp dintrun sistem termodinamic. Pentru m surarea temperaturilor se define te o scar precis cu valori stabile i reproductibile ntre care s fie stabilite rela iile de interpolare i care s fie ct mai apropiat de Scara termodinamic de temperatur derivat din legile termodinamicii. Unitatea de m sur In Sistemul International (SI) este Kelvinul (K). Temperatura 0 K este numit zero absolut i este punctul in care moleculele i atormiiau cea mai mic energie termic . Se mai folosesc alte dou sc ri de temperatur : scara Fahrenheit n Statele Unite i scara Celsius n rile europene. Rela iile de transformare a temperaturi exprimate n sc rile Kelvin, Celsius i Fahrenheit sunt prezentate n tabelul 1. Transformare din Celsius Kelvin Fahrenheit Celsius Fahrenheit Kelvin Tabelul 1. Transformare n Kelvin Celsius Celsius Fahrenheit Kelvin Fahrenheit Formula K = oC + 273,15 o C = K 273,15 o C = (oF 32) / 1,8 o F = oC x 1,8 + 32 K = (oF + 459,67) / 1,8 o F = 1,8 x K 459,67

M surarea electric a temperaturii prezint importan n ceea ce prive te m rimile termice, indirect putnd fi folosit la m surarea debitelor, a presiunilor joase, a valorii efective a tensiunilor i curen ilor. Temperatura de m surat nu este identic cu temperatura m surat din cauza efectu rii unor schimburi de c ldur ntre mediu i traductor.

7

1.1.2. Reglarea temperaturii Sistemele de reglare automat a temperaturii sunt printre cele mai utilizate att n economie ct i n aplica ii casnice. Din punct de vedere al destina ie sistemele de reglare automat a temperaturii pot fi sisteme pentru instala ii frigorifice sau sisteme pentru instala ii de nc lzire. n multe situa ii, schemele pentru m surarea temperaturii sunt incluse n bucle de reglare a temperaturii pentru incinte termostate. Dac nc lzirea se face electric, nu este indicat ca alimentarea schemei de m surare s se fac de la aceea i surs de putere ca i rezistorul de nc lzire, deoarece pot apare cuplaje parazite importante, care m resc histerezisul temperaturii reglate. n acest caz este indicat ca alimentarea pentru nc lzire s se realizeze n curent alterenativ, iar alimentarea schemei de m surare n curent continuu. n cele mai simple instala ii termice, schema bloc a unui sistem de reglare a temperaturii este cea din fig. 1.1. Sistemele de reglare a temperaturii din instala iile frigorifice sunt realizate, n majoritatea cazurilor, prin intermediul echipamentelor specializate cu ac iune continu sau cu regulator bipozi ional. n instala iile termice la care timpul mort este mare, este necesar utilizarea sistemelor de reglare cu regulator PID sau PI. n unele situa ii, cnd timpul mort este foarte mare (Tm > T), se impune utilizarea unor regulatoare speciale (cu ac iune prin impulsuri).

Fig. 1.1. Schema bloc a unui sistem de reglare a temperaturii

Temperatura t din incinta 1 este realizat prin intermediul serpentinei 2, parcurs de agent termic (atunci cnd t > t0, unde t0 este temperatura mediului ambiant) sau de agent de r cire (atunci cnd t < t0). Dac temperatura t are tendin a s creasc , regulatorul R comand mic orarea sec iunii de trecere a organului de reglare n cazul instala iilor de nc lzire sau m rirea sec iunii de trecere n cazul instala iilor frigorifice.

8

SUGESTII METODOLOGICE

CUM? y y y y y Metode de predare: Conversa ia; Demonstra ie; Documentare; Descoperire dirijat ; Lucr ri practice.Evaluare:

Frontal ; Observare individual ; Fi e de evaluare;

UNDE?

Organizarea clasei: pe grupe de lucru

CU CE?

Laboratorul de automatiz ri; Laboratorul de informatic ; Unit i economice parteneri sociali.

Fi e de lucru; Fi e de autoevaluare; Folii transparente; Fi e de documentare; Foi de catalog; Aparatura de laborator; Calculator (calculatoare); Videoproiector;

Pentru punctul 1.1.1. se propune o informare i o verificare a no iunilor de termotehnic necesare realiz rii unei lucr ri de laborator cu tema reglarea automat a temperaturii verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive. Pentru punctul 1.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezint sisteme de reglare automat a temperaturii (identificarea elementelor schemei, a m rimilor din schem , a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizeaz aceea i schem sau scheme diferite i prezint concluziile analizei. n unit ile economice partenere unde dotarea permite se pot efectua studii de caz pe diferite sisteme de reglare a temperaturii.

9

FI A SUPORT 1.2. Exemple de SRA de reglare a temperaturii, cu structur evoluat

1.Pentru ob inerea unor performan e superioare la reglarea automat a temperaturii se poate adopta un sistem de reglare n cascad (Fig. 1.2).

Fig. 1.2. Reglarea automat a temperaturii

Bucla de reglare automat a temperaturii, con innd traductorul de temperatur Tr1 i regulatorul R1, include o bucl de reglare a debitului, format din traductorul de debit Tr2, regulatorul R2 i elementul de execu ie EE. Dac temperatura t tinde s scad fa de valoarea prescris , regulatorul de temperatur R1 impune o valoare prescris mai mare la regulatorul de debit R2. Bucla de reglare interioar stabile te debitul la noua valoare prescris , astfel nct temperatura t cre te, revenind la valoarea impus . Sistemul de reglare n cascad reac ioneaz foarte eficace la o perturba ie de tipul unei varia ii a presiunii agentului termic la intrare. Dac presiunea cre te brusc, cre te i debitul agentului termic, existnd tendin a ca temperatura t s creasc . Cre terea debitului este sesizat de traductorul Tr2 i, n consecin , regulatorul R2 ac ioneaz imediat, dnd comanda de mic orare a sec iunii de trecere a organului de reglare. Debitul este adus la valoarea impus nainte ca temperatura din incint s aib varia ii importante. 2.Schema func ional a sistemului de reglare a temperaturii n cazul unui fier de c lcat este redat n fig. 1.3. Fig. 1.3. Sistem de reglare automat a temperaturii unui fier electric de c lcat

10

Schema bloc a SRA cu schema func ional din figura 1.3. este prezentat n figura 1.4. Resortul de contact se comport ca un comutator bipozi ional, iar reglarea este bipozi ional . Fig. 1.4. Schema bloc a SRA cu schema de func ional din figura 1.3

3.Schema sistemului de reglare a temperaturii la un cazan nc lzit cu abur. Fig. 1.5. Schema func ional a unui cazan nc lzit cu abur.

Fig. 1.6 Schema bloc a cazanului nc lzit cu abur din fgura 1.5.

Concluzii:Regulatoarele folosite la reglarea temperaturii sunt de tip PI i PID. La regulatoarele PI se anuleaz eroarea sta ionar la intrare treapt , ns apare un suprareglaj mai mare dect la regulatorul P, i la o valoare mare a timpului tranzitoriu tr.

11


CUM? y y y y y y Metode de predare: Conversa ia; Demonstra ie; Descoperire dirijat ; Simulare coputerizat ; Lucr ri practice; Studiu de cazEvaluare:

Frontal ; Observare individual ; Fi e de evaluare; Referat de laborator; Miniproiect.


UNDE? Laboratorul de automatiz ri; Laboratorul de informatic ; Unit i economice parteneri de practic .

CU CE?

Fi e de lucru; Fi e de autoevaluare; Folii transparente; Fi e de documentare; Foi de catalog; Aparatura de laborator; Calculator (calculatoare); Videoproiector; Softuri de simulare.

Lucr rile practice pot fi executate fie la partenerii economici fie n laboratorul de automatiz ri. Dac exist platforme de lucru specializate se vor urm ri instruc iunile de lucru ale respectivelor platforme i se va ncuraja creativitatea elevilor pentru elaborarea de scheme noi. Dac dotatea permite se pot realiza scheme de SRA pentru reglarea temperaturii prin simulare computerizat , dac nu se pot analiza sistemele accesibile n orice coal (de exemplu cazane de ap cald automatizate, puncte termice, sisteme automate de aer condi ionat, etc.)

12

TEMA NR.2 Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a presiunii FI A SUPORT 2.1. SRA pentru reglarea presiunii2.1.1. Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei Presiunea este o m rime scalar egal cu raportul dintre for a exercitat dF normal pe elementul de suprafa i suprafa a elementului: p = dS Presiunea poate fi absolut , dac se m soar n raport cu vidul absolut, relativ sau efectiv , dac se m soar ca diferen fa de presiunea atmosferic , sau diferential , dac se m soar fa de o presiune considerat ca referin . Pentru caracterizarea presiunilor pentru fluidele ce se afl n mi care se consider o suprafa plan ce separ fluidul n dou mase de fluid aflate n mi care; presiunea exercitat n planul de separa ie este presiunea static . Dac n planul de separare se realizeaz ntrun punct oprirea curgerii fluidului, presiunea corespunz toare n acel punct reprezint presiunea total . Diferen a dintre presiunea total i presiunea static se nume te presiunea dinamic . Unitatea de m sur pentru presiune este pascalul (1 Pa = 1 N/m2), relativ mic pentru aplica iile tehnice, unde se prefer barul (1 bar = 103 Pa). n practic se mai folosesc i alte unit i de m sur pentru presiune ca: atmosfera tehnic (1 at = 1 Kgf/cm2); atmosfera fizic (1 atm este presiunea hidrostatic echivalent unei coloane de mercur cu densitatea de 13,595 g/cm3, avnd n l imea de 760 mm, la 0C, corespunz toare unei accelera ii gravita ionale de 980,666 cm/s2); mm coloan de mercur (1 mmHg = 1 torr este presiunea hidrostatic a unei coloane de mercur, n condi iile de mai sus cu n l imea de 1 mm); mm coloan de ap (1 mm H2O este presiunea hidrostatic echivalent unei coloane de ap cu n l imea de 1 mm). Presiunea de referin n tehnic , numit presiune normal (presiunea exercitat de o coloan de mercur cu n l imea de 735,6 mm n condi iile precizate), este diferit de presiunea atmosferic normal care corespunde presiunii hidrostatice echivalent unei coloane de mercur cu n l imea de 760mm, la 0C i accelera ie gravita ionat de 980,666 cm/s2. n natur i n instala iile tehnice pot exista diferite tipuri de presiuni: y presiunea atmosferic pb- Presiunea exercitat de nveli ul gazos care nconjoar globul terestru poart denumirea de presiune atmosferic sau presiune barometric . Aceasta variaz cu: altitudinea (datorit greut ii aerului), cu starea vremii (dat de deplasarea maselor de aer atmosferic) i cu pozi ia georafic de pe globul terestru. Varia ia densit ii aerului func ie de presiune a condus la necesitatea de a stabili o presiune de referin numit presiune normal , aceasta fiind presiunea corespunz toare nivelului m rii la latitudinea de 45o temperatura de 0C i care are valoarea p N = 760 mmHg = 101325 Pa; 13

presiunea absolut pa. Presiunea absolut reprezint presiunea unui fluid considerat fa de zero absolut de presiune. Este presiunea care se utilizeaz n toate rela iile termotehnice; y suprapresiunea ps. Cnd n instala iile tehnice presiunea absolut este mai mare dect presiunea atmosferic , diferenta dintre acestea poart denumirea de suprapresiune sau presiune manometric ; y depresiune pv. Cnd n instala iile tehnice presiunea absolut este mai mic dect presiunea atmosferic , diferen a dintre acestea poart numele de depresiune, subpresiune, vacuum sau presiune vacuummetric . Vidul, exprimat n procente din p presiunea atmosferica, este: V = v 100 [%] pb Suprapresiunea i depresiunea, fiind exprimate n raport cu presiunea atmosferic , se mai numesc i presiuni relative. y presiunea static pst. Presiunea static reprezint presiunea care se exercit pe suprafa a plan de separare dintre dou mase de fluid aflate n mi care; y presiunea totala ptot. Dac ntrun curent de fluid se introduce un obstacol viteza fluidului devine zero, iar ntreaga energie cinetic specific a fluidului se manifest sub form de presiune. Presiunea din acest punct de oprire (de stagnare) poart denumirea de presiuzne total . y presiunea dinamic pdin. Presiunea dinamic se define te ca diferen a dintre presiunea total i cea static dintro sec iune transversal printrun curent de fluid, w2 pdin=ptot-pst, fiind fun ie de viteza w i densitatea r a fluidului prin rela ia: pdin= 2 Domeniul de m surare a presiunii n tiin i tehnic este deosebit de ntins. Din aceast cauz metodele de m surare a presiunii sunt specifice numai pentru anumite intervale de m surare. y Reglarea presiunii se face cu ajutorul regulatoarelor P pentru regl ri simple, cu regulatoare PI cu band de propor ionalitate mare i constant de timp de integrare mic pentru lichide, band de proportionalitate mic i constant de timp de integrare mare pentru gaze i abur, cu regulator PID n cazul n care se dore te ob inerea unor performan e deosebite. 2.1.2. Reglarea presiunii Reglarea automat a presiunii se poate realiza n mai multe moduri, n func ie de specificul instala iei tehnologice.

Fig. 2.1. Reglarea presiunii n recipiente cu circula ie

14

Reglarea presiunii n recipiente cu circula ie se poate face prin schemele date n fig. 2.1.a i 2.1b. n aceste scheme, ct i n cele ce urmeaz , Tr este traductorul, RF elementul de referin (n cazul sistemelor de stabilizare), R regulatorul iar EE elementul de execu ie. n prima schem , organul de reglare este montat pe conducta de intrare, iar n a doua schem pe conducta de evacuare. Cele mai utilizate scheme de reglare sunt cu ac iune continu , cu regulator PI, i sisteme de reglare bipozi ionale sau cu ac iune direct (n instala ii la care nu se cer indicatori de performan ridica i). SUGESTII METODOLOGICE

CUM? y y y y Metode de predare: Conversa ia; Demonstra ie; Documentare; Descoperire dirijat ;Evaluare:

Frontal ; Observare individual ; Referat de laborator; Miniproiect.

UNDE?


CU CE?


Fi e de lucru; Folii transparente; Fi e de documentare; Foi de catalog; Aparatura de laborator; Calculator (calculatoare); Videoproiector; Softuri de simulare.

Pentru punctul 2.1.1. se propune o informare i o verificare a no iunilor de dinamica fluidelor necesare realiz rii unei lucr ri de laborator cu tema reglarea automat a presiunii verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive. Pentru punctul 2.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezint sisteme de reglare automat a presiunii (identificarea elementelor schemei, a m rimilor din schem , a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizeaz aceea i schem sau scheme diferite i prezint concluziile analizei. n unit ile economice partenere unde dotarea permite se pot efectua studii de caz pe diferite sisteme de reglare a presiunii.

15

FI A SUPORT 2.2. Exemple de SRA a presiunii1. Reglarea presiunii gazelor n conducte se realizeaz cu scheme de tip aval sau de tip amonte (fig. 2.2).

Fig. 2.2. Reglarea presiunii gazelor n conducte

n aceste aplica ii se utilizeaz foarte frecvent regulatoarele cu ac iune direct . n figura 2.2.a i figura 2.2.b. se prezint dou solu ii des utilizate pentru reglarea presiunii de aspira ie a compresoarelor din instala iile frigorifice.

Fig. 2.2. Reglarea presiunii de aspira ie a compresoarelor din instala iile frigorifice

2. n schema din figura 2.2.a, presiunea de aspira ie a compresorului 1 se regleaz bipozi ional, prin cuplarea i decuplarea motorului de antrenare 2. Dac presiunea de aspira ie scade sub valoarea de basculare n starea 0 a regulatorului bipozi ional se comand oprirea motorului. Dac presiunea cre te peste valoarea de basculare n starea 1 a regulatorului bipozi ional, se comand pornirea motorului. n schema din figura 2.2.b. reglarea presiunii de aspira ie se face prin recircularea unei p r i din gazul comprimat. Dac presiunea tinde s scad sub valoarea permis , se comand deschiderea organului de reglare i invers. n aceste aplica ii se utilizeaz frecvent regulatoare cu ac iune direct sau regulatoare specializate cu ac iune indirect . Presupunem c n desf urarea proceselor fizice, chimice i microbiologice din reactor, presiunea p se modific n func ie de aportul de c ldur din exterior. n aceste condi ii, ntrun ciclu de func ionare a reactorului 1, presiunea se poate modifica prin ajustarea debitului de agent termic prin mantaua 2 a reactorului.

16

3. n figura 2.3. este prezentat reglajul presiunii ntr-un rezervor. La intrarea in rezervor avem o presiune de intrare, la ie irea din rezervor presiunea este Pe. Pentru siguran a instala iei, rezervorul este prev zut cu o supap de siguran , supap care are rolul de a asigura presiunea prescris n acel recipient.

Fig. 2.3. Reglarea presiunii

Fig. 2.4. Supape de siguran

Cteva tipuri de regulatoare i electroventile sunt prezentate n figura 2.5.

Regulatoare de presiune - Electroventile normal 500 mbar, de la 3/8 la nchise, cu DN 150 nchidere/deschidere lent sau rapida, in una sau 2 trepte - 500 mbar, de la 1/4 la DN 200

Electroventile duble, compacte - 500 mbar, de la 3/8 la DN 125

Fig. 2.5. Regulatoare de presiune - electroventile

17


CUM? y y y y y y Metode de predare: Conversa ia; Demonstra ie; Descoperire dirijat ; Lucr ri practice; Simulare computerizat ; Studiu de caz.Evaluare:

Frontal ; Observare individual ; Referat de laborator; Miniproiect.

UNDE?


CU CE?



Lucr rile practice pot fi executate fie la partenerii economici fie n laboratorul de automatiz ri. Dac exist platforme de lucru specializate se vor urm ri instruc iunile de lucru ale respectivelor platforme i se va ncuraja creativitatea elevilor pentru elaborarea de scheme noi. Dac dotatea permite se pot realiza scheme de SRA pentru reglarea presiunii prin simulare computerizat , dac nu se pot analiza sistemele accesibile n orice coal (de exemplu controlul automat al presiunii gazelor naturale la cazane de ap cald , etc.)

18

TEMA NR.3 Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a nivelului FI A SUPORT 3.1. SRA pentru reglarea nivelului3.1.1. Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei Nivelul unui lichid reprezint cota suprafe ei libere a lichidului dintro incint i reflect volumul, masa unui lichid re inut n incinta respectiv . Nivelul se m soar n unit i de lungime. Valoarea lui este indicat n raport cu un nivel de referin . M surarea nivelului poate fi continu , atunci cnd evaluarea m surandului se face n permanen sau n puncte, atunci cnd se urm reste doar atingerea unor nivele critice ale nivelului. Metodele de m surare pot fi directe n cazul n care se determin lungimea substan ei a c rei nivel se m soar sau indirecte, cnd nivelul se determin prin intermediul unor m rimi intermediare, ca: presiunea, masa, atenuarea unei radia ii etc. M surarea nivelului presupune cunoa terea unor date suplimentare privind rela ia nivel volum, densitate. Aparatele pentru m surarea nivelului se numesc nivelmetre i pot fi: cu indicare direct , cu plutitor, cu imersor, hidrostatic, capacitive, rezistive, radioactive. Traductoare mecanice cu plutitor

Figura 3.1 Traductoare mecanice cu plutitor Primele traductoare cu plutitor, cunoscute i sub denumirea de Traductoare automate de nivel au ap rut prin anii 1930. Aceste traductoare utilizeaz un plutitor mare i greu pentru a putea dezlocui suficient lichid. Deplasarea liniar a plutitorul este echilibrat , prin intermediul unui cablu, de o contragreutate. Pentru indicarea local a nivelului este prev zut un contor mecanic pe mantaua rezervorului. Variantele mai noi ale acestui tip de traductor au deplasarea plutitorului echilibrat , prin intermediul unei benzi perforate, de un resort. Eroarea tipic a acestui tip de traductor este de cca. 10 mm. Unul din dezavantajele majore ale traductoarelor cu plutitor este modificarea continu i brusc 19

a pozi iei plutitorului datorit turbulentelor lichidului din rezervor. Aceste modific ri ale pozi iei, care pot fi puternice, produc o continu accelerare i decelerare a mecanismului traductorului, ceea ce conduce la uzura indicatorului local, a adaptorului de transmitere a indica iei dar i a celorlalte componente. Aceste componente nu pot urm ri mi c ri i accelera ii bru te. Adesea mecanismul cu ro i din ate care ac ioneaz indicatorul local cedeaz , conducnd la citiri eronate i nesincroniz ri. Acest fapt implic o fiabilitate sc zut a m sur torii i foarte mult mentenant . Datorit interesului global de ast zi acordat prevenirii scurgerilor de produse, traductoarele mecanice nu ar mai trebui s fie utilizate. Totu i, o mare parte din rezervoare sunt nc echipate cu aceste traductoare, datorit pre ului lor sc zut. Traductoare cu servo-mecanism

Figura 3.2. Traductoare cu servo-mecanism

Traductoarele cu servo-mecanism reprezint o evolu ie fa de traductoarele cu plutitor. Ele au fost dezvoltate ncepnd cu anii 1950. n acest caz se utilizeaz un imersor de dimensiuni reduse, ag at de un fir rezistent i flexibil, care este desf urat de pe un tambur. Resortul este nlocuit de un servo-motor electric care pozi ioneaz exact plutitorul n contact cu fluidul. Principiul de func ionare se bazeaz pe utilizarea unui sistem ingenios de cnt rire care m soar continuu greutatea plutitorului i for a arhimedic . Frecarea mecanic a servo-mecanismului i a indicatorului local nu influen eaz eroarea i sensibilitatea acestui tip de traductor. Nici turbulen ele din rezervor nu afecteaz direct performan ele, deoarece exist un circuit integrator al servo-mecanismului care elimin efectul varia iilor bru te de nivel. Acest traductor m soar nivelul mediu chiar dac exist varia ii bru te ale produsului din rezervor, eliminnd mi c rile care nu sunt necesare i care produc uzura componentelor. Traductorul original cu servo-mecanism nu seam n prea mult cu versiunile moderne de ast zi. Acestea au fost perfec ionate, devenind produse mature i fiabile care nlocuiesc treptat traductoarele mecanice, reducnd mentenan a i mbun t ind rezultatele gestiunii. Traductoarele moderne cu servo-mecanism sunt inteligente, au un num r minim de componente n mi care i, implicit, asigur o bun precizie i fiabilitate n timp. Ele beneficiaz de o mare putere de procesare a datelor. Aceste traductoare, pe lng faptul ca m soar nivelul de lichid, sunt capabile s m soare nivelul de apa (interfa a) i densitatea produselor din rezervoare. 20

Exista praguri de alarmare exacte a nivelului, ca standard. Se pot atinge erori de m sur mai mici de 1 mm pe un domeniu de m sur de 40 m. Precizia i fiabilitatea exceptional la m surarea nivelului au contribuit la acceptarea acestor traductoare de c tre autorit ile vamale, de accizare i de metrologie legal din multe ri Figura 3.3. Traductoare Radar

Utilizarea metodei radar pentru m surarea nivelului de produs din rezervoarele de stocare este foarte recent . Traductoarele radar de nivel au fost dezvoltate la jum tatea anilor 60 pentru navele petroliere. Majoritatea acestor nave erau echipate cu traductoare mecanice cu plutitor. Traductoarele erau utilizate doar cnd nava era ancorat la rm, pentru nc rcare sau desc rcare. Noile m suri de asigurare a siguran ei pentru sp larea rezervoarelor nchise n timpul cursei de ntoarcere i necesitatea de a umple spa iul liber din rezervor cu gaz inert au f cut ca aceast metod de m surare s prevaleze. Precizia lor era mai pu in important pentru m surarea nivelului din rezervoarele navelor, deoarece transferul custodiei se baza pe utilizarea traductoarelor de nivel i a debitmetrelor certificate instalate pe uscat. Traductoarele radar de nivel nu au componente n mi care. Acestea utilizeaz doar o anten n interiorul rezervorului. Astfel rezult un cost foarte sc zut al mentenan ei. De i valoarea investi iei este mai mare comparativ cu traductoarele cu plutitor/servo-mecanism, costul de inerii este considerabil mai redus. Traductoarele radar utilizeaz microunde, n general cu frecven a de 10 GHz, pentru m surarea nivelului de lichid. Distan a parcurs este calculat din compara ia semnalului emis cu cel reflectat. Undele electromagnetice se propag cu o vitez apropiat de viteza luminii. Datorit nivelului mic de m surat (tipic 135 m) i a rezolu iei impuse, o metod bazat pe m surarea timpului este aproape imposibil . Solu ia const n m surarea defazajului dintre semnalul emis de anten i cel reflectat de suprafata lichidului. n func ie de acest defazaj se poate m sura nivelul de produs. Astazi traductoarele radar se utilizeaz la m surarea nivelului produselor din industria chimic , din rafin rii, din terminale i pentru companiile private care stocheaz produse petroliere. Deoarece au dimensiuni reduse i nu au componente n mi care aceste traductoare necesit pu in mentenan i sunt foarte atractive. Spre deosebire de traductoarele mai vechi care erau dotate cu antene parabolice mari sau cu antene conice lungi, traductoarele radar moderne ofer o precizie excelent . Exist diferite tipuri de antene potrivite fiec rui mod de instalare pe rezervor:

21

Metoda propag rii undelor n spa iu deschis este cea mai utilizat atunci cnd traductorul este instalat pe un rezervor cu capac fix. y Pentru rezervoarele cu capac flotant traductorul radar poate fi instalat pe o conduct de lini tire (fig. 3.4.a 1). y Traductoarele radar pot fi utilizate i pentru rezervoarele sub presiune (fig. 3.4.b ). O aplica ie tipic este un rezervor de stocare GPL. Un robinet de izolare poate fi instalat pentru a separa vasul de traductor. Verificarea i calibrarea acestuia sunt posibile in timp ce traductorul func ioneaz . y Traductoarele radar reprezint o alegere logic i pentru produsele foarte vscoase, cum ar fi bitumul fierbinte, produsele poluante i lichidele foarte turbulente (fig. 3.4.c ).y

a)

Figura 3.4. b)

c)

a) model MERCOID

Figura 3.5. Alte tipuri de traductoare de nivel2: b) model c) model d) model AMETEK FOXBORO ROSEMOUNT

12

sursa: DimSolve - Dimensionare instrumentatie sursa: http://www.masterlevel.com/transducer.html

22

Regulatoarele folosite pentru nivel sunt de tip P i PI. La regulatoarele P se reduce apreciabil suprareglajul, conduce la un timp tranzitoriu tr scurt, dar introduce o eroare sta ionar mare. La regulatoarele PI se anuleaz eroarea sta ionar la intrare treapt , ns apare un suprareglaj mai mare dect la regulatorul P, i la o valoare mare a timpulul tranzitoriu tr.

Concluzii:

3.1.2. Reglarea nivelului n general reglarea nivelului nu cere o precizie ridicat a modalit ii de men inere a nivelului la anumite cote. Din aceasta cauz regulatoarele bipozi ionale sunt cele mai des utilizate. Depinde de instala ia tehnologic n care se impune p strarea nivelului i n ce condi ii acest nivel trebuie men inut.

Figura. 3.6. Reglarea nivelului: 1 regulatoare R; 2 electropompe; M m sur . De regul viteza de varia ie a n l imii unui lichid ntr-un rezervor este propor ional cu diferen a debitelor de intrare i ie ire i invers propor ional cu suprafa a rezervorului. Acest lucru permite utilizarea unui regulator continuu de tip P.

23


CUM? y y y y Metode de predare: Conversa ia; Demonstra ie; Descoperire dirijat , studiu de caz ; Lucr ri practice.Evaluare:


UNDE?


CU CE?



Pentru punctul 3.1.1. se propune o informare i o verificare a no iunilor de specialitate necesare realiz rii unei lucr ri de laborator cu tema reglarea automat a nivelului verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive. Pentru punctul 3.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezint sisteme de reglare automat a nivelului (identificarea elementelor schemei, a m rimilor din schem , a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizeaz aceea i schem sau scheme diferite i prezint concluziile analizei. n unit ile economice partenere unde dotarea permite se pot efectua studii de caz pe diferite sisteme de reglare a nivelului.

24

FI A SUPORT 3.2. Exemple de SRA a nivelului cu structur evoluatSchemele cele mai utilizate pentru reglarea automat a nivelului sunt date n figura 3.7.a i 3.7.b. Dac ac iunea perturbatoare este varia ia debitului de ie ire, organul de reglare se monteaz pe conducta de intrare (fig. 3.7.a). Dac ac iunea perturbatoare este varia ia debitului de intrare, organul de reglare se monteaz pe conducta de ie ire (fig. 3. 7.b). Cele mai utilizate sisteme de reglare sunt cele cu ac iune continu (regulator de tip PI sau P), precum i sistemele de reglare bipozi ionale. La recipientele sub presiune, varia ia nivelului se poate produce datorit varia iilor bru te ale presiunii. n aceste situa ii este recomandabil utilizarea schemei de reglare automat din fig. 3.7.c. n aceast schem exist o bucl de reglare a debitului de evacuare, format din traductorul de debit Tr2, regulatorul R2 i elementul de execu ie EE. M rimea de intrare pentru regulatorul R2 este dat de regulatorul de nivel R1, pe baza informa iilor primite de la traductorul de nivel Tr1 i de la elementul de referin Rf.

Figura. 3.7. Reglarea automat a nivelului. Dac presiunea p cre te brusc, debitul de evacuare tinde s creasc . n consecin , regulatorul de debit reac ioneaz imediat, dnd comanda de mic orare a debitului de evacuare, nainte ca nivelul s varieze n mod substan ial. Dac perturba ia const ntr-o cre tere a debitului de intrare, regulatorul de nivel R1 impune o m rime de intrare mai mare la regulatorul de debit R2. n acest fel, bucla de reglare a debitului realizeaz cre terea impus a debitului de evacuare, astfel nct nivelul s se stabileasc la valoarea prescris . Un asemenea sistem de reglare automat , n care o bucl principal subordoneaz o bucl de reglare interioar , se nume te sistem de reglare n cascad .

Fig. 3.8. Reglarea nivelului de lichid ntr-un rezervor. 25

SUGESTII METODOLOGICE CUM? y y y y y Metode de predare: Conversa ia; Demonstra ie; Documentare; Descoperire dirijat ; Lucr ri practice.Evaluare:


UNDE?


CU CE?


Fi e de lucru; Fi e de documentare; Foi de catalog; Aparatura de laborator; Calculator (calculatoare); Videoproiector; Softuri de simulare.

Lucr rile practice pot fi executate fie la partenerii economici fie n laboratorul de automatiz ri. Dac exist platforme de lucru specializate se vor urm ri instruc iunile de lucru ale respectivelor platforme i se va ncuraja creativitatea elevilor pentru elaborarea de scheme noi. Dac dotatea permite se pot realiza scheme de SRA pentru reglarea nivelului prin simulare computerizat , dac nu se pot analiza sistemele accesibile n orice coal (de exemplu controlul automat al nivelului apei, controlul automat al nivelului de zgomot, ascensoare, etc.)

26

TEMA NR.4. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a debitului FI A SUPORT 4.1. SRA pentru reglarea debitului4.1.1. Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei

M surarea debitului este legat de curgerea unui fluid. Dac curgerea este constant n func ie de timp, ea se nume te curgere laminar , iar dac este variabil n timp este curgere turbulent . Curgerea este caracterizat prin viteza de curgere sau debitul. Debitul poate fi: debit volumic Qv dac se define te ca fiind volumul ce trece printro sectiune S a conductei n unitatea de timp: Qv = V/t = u S [m3/s, m3/h, l/s etc.] debit masic Qm - reprezentnd masa fluidului ce trece prin sec iunea conductei n unitatea de timp: unde Qm = m/t = uS = Qv [Kg/s, Kg/h], este densitatea fluidului.

Att Ia m surarea vitezei, ct i a debitului prezint importan caracteristicile lichidului: caracterul curgerii, vscozitatea, transparen a, temperatura, con inutul de impurit i, existenta suspensiilor etc., caracteristici ce stabilesc metoda de m surare. M surarea debitului fluidelor se poate realiza ca urmare a modific rii curgerii prin intermediul unui corp fizic sau prin intermediul unor fenomene care sunt influen ate de curgere. Func ionarea debitmetrelor cu strangulare se bazeaz pe legea lui Bernoulli privind curgerea lichidelor

Figura 4.1. Debitmetrul cu strangulare (strangulare fix sau variabil )

Principiul de funcionare a debitmetrelor cu strangulare fix rezult din figura 4.1. Prin conducta de sec iune A1 circul un fluid cu viteza u 1; conducta este prev zut cu o strangulare de arie A2, n care viteza fluidului este u2. 27

Cele mai r spndite tipuri de dispozitive de strangulare sunt diafragma, duza i tubul Venturi (fig. 4.2). Diferen a de presiune p1 p2, numit i c dere de presiune rezidual , este maxim pentru diafragme i minim pentru tuburile Venturi, ns ultimele perturb mai pu in procesul de curgere.

Figura 4.2. Dispozitive de strangulare a) Diafragm b) Duz c) Tub Venturi

Toate traductoarele folosite Ia debitmetrele cu strangulare variabil sunt construite astfel nct p streaz constant c derea de presiune prin intermediul unui plonjor ce se poate deplasa n interiorul fluidului. 0 variant a acestui tip de traductor o reprezint rotametrul.

Figura 4.3. Rotametrul

Rotametrele sunt aparate utilizate pentru m surarea debitului lichidelor i gazelor pe baza deplas rii unui plutitor n interiorul unui tub tronconic gradat, dispus vertical cu 28

sec iunea mic jos, prin care circul fluidul de m surat. Rotametrul este un debitmetru cu diferen a constant de presiune i plutitor rotativ. Se utilizeaz mult n medicin , laboratoare, industria alimentar , dar n special n industria petrochimic i oriunde trebuie controlate continuu debitele de lichide sau qaze. Componentele rotametrulul (fig. 4.3) sunt tubul tronconic i plutitorul (flotorul, imersorul). Plonjorul este plasat ntrun tub de form conic prin care circul fluidul al c rui debit se m soar . Asupra lui va ac iona, n afara greut ii G i a for ei arhimedice Fa, o for dinamic ascensional Fas care este propor ional cu p tratul vitezei de curgere u. Debitmetrele electromagnetice m soar viteza de deplasare a fluidelor bune conduc toare de electricitate, principiul lor de func ionare bazndu-se pe legea induc iei. Figura 4.4. Debitmetrul electromagnetic 3

Debitmetru electromagnetic prezentat n figura 4.4. masoar debite i volume conduc toare de curent electric. Aceste debitmetre nu con in piese mecanice n mi care, astfel lichidul nu va lovi nici o obstruc ie n timp ce curge. Aceasta permite evitarea posibilelor daune provocate de elemente solide n lichid. Partea intern a senzorului de m surare este izolat electric. Lichidul prelucrat nu este niciodat n contact cu materialul senzorului sau cu materialul flan ei (aceasta permite m surarea oricarui tip de lichid compatibil cu garnitura intern ). Posibilitatea de instalare n aproape fiecare pozi ie mpreun cu pierderea de presiune extrem de joas , face utilizarea acestui model potrivit pentru cele mai diverse sectoare: chimic, hrtie, industria alimentar i hidraulic . Contoarele sunt debitmetre utilizate pentru m surarea volumului de lichid. Contoarele pentru ap potabil se numesc apometre i pot fi:3

sursa: http://www.bmeters.com/ProdCard2.asp?PID=MAG-C

29

contoare volumetrice; contoare de vitez . Contoarele volumetrice m soar direct debitele de ap prin umplerea i golirea succesiv a unor compartimente ale aparatului de capacitate determinat . Dispozitivul de nregistrare a aparatului indic volumul de ap dup fiecare faz de umplere i golire.

Figura 4.5. Contoare volumetrice

Contoarele de vitez : - Se utilizeaz pentru nevoile casnice i m soar volumul de ap ce trece prin aparat, func ie de viteza apei. - Citirea apometrelor: apometrul din prima figur nregistreaz consumul de ap , care se cite te pe ecran. Apometrul din figura a doua indic consumul de ap , iar citirea se face nsumnd indica iile de pe ecran.

Figura 4.6. Contoare de vitez (apometre)44

sursa: M surarea debitului30

4.1.2.Reglarea debitului 1. n figura 4.7. este reprezentat un proces tehnologic n care trebuie s se asigure un debit Ia presiunea p1 ntrun recipient R i un altul a presiunea p2 diferit de p1, la ie irea instala iei. Cu ct diferen a dintre presiuni este mai mare, cu att regliarea se poate realiza mai u or i performan ele sunt mai ridicate.

m P2 P1 PC P3

i0=q0 RA D

r

Debitul Q

P4

Figura 4.7. reglarea debitului Regulatoarele folosite sunt de tip PI, datorit capacita ii lui de a anula eroarea staIionar Ia intrare treapt . Debitul Ia presiunea p2, ob inut Ia ie irea din pompa centrifug PC, este reglat de regulatorul automat RA care ac ioneaz ventilul reglabil (robinetul) r. Referin a este i0 = q0. M surarea parametrului reglat, debitul Q, Ia ie ire, Ia presiunea p4 este realizat de debitmetrul D. Se ob ine o reglare bun cu ct c derea de presiune p = p2 p1 este mai mare. Schemele de reglarea automat a debitului fluidelor n conducte se aleg n func ie de modul de alimentare a conductelor. 2. Atunci cnd se utilizeaz pompe centrifuge sau cnd alimentarea conductelor se face prin c dere liber sau de la un recipient sub presiune, schema utilizat este cea din figura 4.8. Se remarc faptul c organul de reglare este montat chiar pe conducta n care se regleaz debitul. Organul de reglare este astfel comandat de regulator, prin intermediul elementului de execu ie, nct prin ajustarea rezisten ei hidraulice pe care o introduce n circuitul fluidului, debitul prin conduct s se p streze la o valoare prescris . Cele mai utilizate sisteme de reglare automat de acest fel sunt sistemele cu ac iune continu , cu regulator PI.

31

a)

Fig. 4.8. Reglarea debitului

b)

Dac alimentarea conductei se face de la o pomp cu debit constant, utilizarea unui organ de reglare pe conduct , ca n schema din figura 4.8.a, nu permite ajustarea debitului, n scopul ob inerii unei valori dorite a acestuia. n acest caz, ajustarea la valoarea prescris a debitului n conduct se poate face prin recircularea unei p r i din fluidul de la ie irea pompei. Schema bloc a sistemului de reglare automat este dat n figura 4.8.b. Dac traductorul sesizeaz o cre tere a debitului fa de valoarea prescris , regulatorul E comand m rirea debitului recirculat, astfel nct debitul prin conducta pe care este montat traductorul s revin la valoarea impus .

32


CUM? Metode de predare: y Conversa ia; y Demonstra ie; y Documentare; y Descoperire dirijat ; y Lucr ri practice.Evaluare: Frontal ; Observare individual ; Fi e de evaluare; Referat de laborator (lucr ri practice sau scheme simulate pe calculator; Miniproiect.

UNDE?


CU CE?


Fi e de lucru; Folii transparente; Fi e de documentare; Foi de catalog; Aparatura de laborator; Calculator (calculatoare), Videoproiector, Softuri de simulare.

Pentru punctul 4.1.1. se propune o informare i o verificare a no iunilor de specialitate necesare realiz rii unei lucr ri de laborator cu tema reglarea automat a debitului verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive. Pentru punctul 4.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezint sisteme de reglare automat a debitului (identificarea elementelor schemei, a m rimilor din schem , a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizeaz aceea i schem sau scheme diferite i prezint concluziile analizei. Lucr rile practice pot fi executate fie la partenerii economici fie n laboratorul de automatiz ri. Dac exist platforme de lucru specializate (echipamente pneumatice) se vor urm ri instruc iunile de lucru ale respectivelor platforme i se va ncuraja creativitatea elevilor pentru elaborarea de scheme noi. Dac dotatea permite se pot realiza scheme de SRA pentru reglarea debitului prin simulare computerizat , dac nu se pot analiza sistemele accesibile n orice coal (de exemplu automate de cafea, etc.) n unit ile economice partenere unde dotarea permite se pot efectua studii de caz pe diferite sisteme de reglare a debitului.

33

TEMA NR.5. Acordarea parametrilor regulatorului ntr-un sistem de reglare automat a umidit ii FI A SUPORT 5.1. SRA pentru reglarea umidit ii5.1.1.Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei

Condensul este o dovad indirect de existen

a unei umidit i ridicate !!! 5

Umiditatea este cantitatea de vapori de ap con inut ntr-un e antion de aer. Exist trei moduri de a exprima umiditatea: umiditatea absolut , umiditatea relativ i umiditatea specific . Modific rile suferite de m rfuri datorit varia iei umidit ii aerului sunt extrem de variate, putnd afecta aproape orice categorie de produse. Un efect foarte important al cre terii umidit ii aerului este sporirea masei produselor higroscopice, n timp ce sc derea umidit ii aerului va antrena o pierdere de mas din partea produselor higroscopice (la fructe i legume, dar i la fibre textile). Se consider c la o presiune normal i la temperatura de 20oC, cantitatea de vapori de ap este maxim 17,5 g/m3, aceast valoare reprezentnd umiditatea absolut a mediului ambiant (n condi iile de clim specifice rii noastre). n ceea ce prive te umiditatea relativ a mediului ambiant, aceasta poate lua valori ntre 63 i 67 %. Tot n contextul umidit ii aerului se determin i punctul de rou , adic temperatura la care saturarea aerului cu vapori de ap atinge punctul maxim, urmarea fiind apari ia condensului (pic turi fine de ap ) la suprafa a unor produse.5

sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Umiditate

34

Din punctul de vedere al afinit ii fa de vaporii de ap , produsele pot fi mai mult sau mai pu in higroscopice. Produsele pulverulente i granulare higroscopice (materiale de construc ii, detergen i, f inuri vegetale, cafea m cinat etc.) pot suferi aglomer ri sub form de bulg ri, unele cu urm ri ireversibile, datorit leg rii chimice a apei. Fibrele textile - mai ales cele naturale sunt foarte sensibile la varia iile umidit ii, fiind remarcate varia ii dimensionale importante, concomitent cu afectarea principalelor propriet i mecanice. Sc derea umidit ii aerului din spa iul de depozitare afecteaz produsele din lemn, remarcndu-se apari ia unor contrageri (cr p turi de uscare) pe suprafa a produselor din lemn, dezlipirea furnirelor etc. Factorii de mediu ai spa iilor de depozitare care contribuie la o buna p strare a m rfurilor alimentare sunt: temperatura, umiditatea i compozi ia aerului, circula ia aerului, lumina solar i alte radia ii la care pot fi expuse produsele. Orice fluctua ie de temperatur influen eaz negativ umiditatea de echilibru a unor produse alimentare, deoarece prin contact cu mediul nconjur tor, ntre apa din alimente i umiditatea mediului nconjur tor apare un transfer, avnd drept consecin uscarea sau umectarea produselor, deci, se poate spune c ac ioneaz direct asupra stabilit ii i calit ii lor n timpul depozit rii. Determinarea cantit ii de vapori din atmosfer prezint o importan practic deosebit . De cantitatea de vapori aflat ntr-o unitate de volum (1 m3) de aer atmosferic, depind o serie ntreag de fenomene, cum ar fi viteza de evaporare a apei, formarea ce ii, norilor etc., fenomene studiate de meteorologie. Higrometria se ocup cu m surarea cantit ii de vapori de ap din atmosfer . Aceste m sur tori se pot face pe dou c i: Se m soar masa m a vaporilor de ap con inu i ntr-un volum dat V de aer atmosferic; Se determin presiunea actual pv a vaporilor de ap din atmosfer . Aparatele pentru m surarea umidit ii atmosferice, numite higrometre, se mpart n mai multe categorii dup fenomenele pe care se bazeaz : 1. Higrometrele cu fir de p r se bazeaz pe proprietatea p rului degresat de a se lungi cnd absoarbe vapori de ap .

Fig.5.1. Higrometru cu fir de p r 6 Higrometrele cu fir de p r (Fig.5.1) sunt aparate care indic direct valoarea umiditatii aerului la un moment dat. Se bazeaz pe principiul modific rii lungimii unui material higroscopic (fir de p r degresat), n func ie de varia iile umidit ii aerului. Modific rile lungimii firului de p r sunt transmise printr-un resort la un ac indicator, care se deplaseaz n fa a unui cadran etalonat n valori ale umidit ii relative a aerului, de la 0....100%.6

sursa : http://ro.wikipedia.org/wiki/Higrometru

35

2. Higrometrele chimice sunt bazate pe absorb ia vaporilor de ap dintr-un volum cunoscut de aer, cu ajutorul unor substan e chimice. 3. Higrometrele de condensare (Higrometrul Aluard, fig.5.2) se bazeaz pe determinarea punctului de rou (de aburire). R cind un corp n atmosfer , el se va aburi la temperatura pentru care presiunea valorilor satura i este egal cu presiunea actual a vaporilor de ap . T P Fig.5.2.

Higrometrul Aluard

A B r2

r1

Higrometrul Aluard este alc tuit dintr-un rezervor metalic A n jurul c ruia se afl o plac metalic B. Att suprafa a rezervorului A ct i a pl cii B sunt lustruite identic pentru ca prin diferen a de reflexie a luminii s se poat observa cea mai mic aburire. Rezervorul are la partea superioar o plnie P pe unde se toarn eterul, un termometru T i dou tuburi cu robinetele r1 i r2 , unul la stnga i altul la dreapta. Prin tubul din dreapta sufl m aer ca s m rim viteza de evaporare a eterului i astfel temperatura lui s scad . Tubul al doilea serve te pentru ie irea vaporilor de eter. 4. Psihrometrele sunt bazate pe viteza de evaporare a apei care depinde de deficitul higrometric.

www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr07

Fig.5.3.Psichrometrul cu aspira ie Assmann 1- bulb uscat de temperatura, 2- bulb umed de temperatura, 3- capat imbracat, 4- tub conectat la aspiratia ventilatorului.

36

Aparatul este constituit din dou termometre, unul obi nuit, denumit termometrul uscat i altul, termometrul umed, avnd rezervorul acoperit cu o pnz sub ire, tifon de obicei, umezit cu ap distilat . ntruct viteza de evaporare a apei de pe tifon, deci intensitatea r cirii, variaz cu viteza de ventila ie, dar tinde c tre o valoare limit pentru viteza de ventila ie superioare valorii de 2,5 m/s, psihrometrul de fa (de tip Assmann) este prev zut n partea superioar cu un aspirator cu arc (mori ca psihrometrului). Aspiratorul asigur viteza de ventila ie necesar pentru ambele termometre. Rezervoarele termometrului sunt protejate radiativ de cte dou ecrane metalice cilindrice care reduc la minimum influen a alteratoare a cmpului radiativ exterior. Pentru udarea tifonului de pe termometrul umed se utilizeaz un mic tub de sticl continuat cu o par de cauciuc prev zut cu o clam de oprire la nivelul dorit. Pentru fixare se utilizeaz uneori un cui lung cu ag toare special . n contra efectului vntului care mpiedic evacuarea aerului din mori ca aspiratoare se utilizeaz un ecran metalic semicircular care se adapteaz la orificiul aspiratorului n direc ia de unde bate vntul. 5. Higrografele (fig.5.4) au acela i principiu de func ionare ca al higrometrelor, nregistrnd, pe o hrtie special etalonat , varia iile umidit ii relative a aerului pe timp de o saptamn . Acest lucru este posibil datorit mi c rii de rota ie constant a unui cilindru ac ionat de un mecanism de ceasornic, pe care se afl nf urat hrtia de nregistrare. Figura 5.4. Termohigrografe - Inregistratoare grafice de temperatur i/sau umiditate pentru camere frigorifice i depozite agro-alimentare / pn la 40C. 7

Unele higrografe sunt prev zute i cu un termograf i n acest caz poart denumirea de termohigrografe, care permit nregistrarea simultan a umidit ii i temperaturii. n depozitele ultramoderne exist aparate mai complexe, ca de exemplu traductoare pe baz de s ruri de clorur de litiu, care func ioneaz pe principiul m sur rii unor parametri ai produselor higroscopice, avnd la baz temperatura de echilibru a acestora. Tester pentru m surarea umidit ii unui amestec apa-ciment, mixtur din sol, nisip, argil , agregate, beton, ciment i alte materiale granulare, carbura de calciu ..etc./ Tester Automat de umiditate a lemnului Acest instrument calculeaz valoarea umidit ii realiznd automat corectia erorilor prin intermediul unui computer incorporat. n plus, ntrucat domeniul de m surare al unit ii este ntre 2 150%, se poate folosi unitatea pentru a m sura umiditatea mai multor tipuri de lemn/placaj.7

sursa : http://www.labshop.ro/Enviro/Termohigrometre.html#

37

UMIDOMETRU / tester electronic rapid cu afi aj digital, cu corec ie automat a temperaturii, programat pentru analiza de gru, secara, orz, ov z, rapi , porumb, fasole, semin e de floarea soarelui, semin e de soia, maz re, secar alb , orez.. etc. Senzor pentru Umiditatea Solurilor Pentru monitorizarea i nregistrarea umidit ii solurilor.. rapid si precis, include i func ii de "data logger" (stocare date). Sta ie de monitorizare pentru umiditatea solurilor Pentru monitorizarea iinregistrarea umidit ii solurilor n mai multe loca ii, cu func ii de "data logger" (stocare date) statie cu 8 canale cu func ie se poate folosi pentru m surarea umidit ii solurilor, monitorizarea mai multor senzori i pentru analize de microclimat i de teren. Soil Tester pentru umiditatea solului Pentru estimarea umidit ii solului rapid i ieftin

Umidometru pentru textile

Umidometru pentru hrtie Destinat m sur rii umidit ii absolute n hrtie sau carton, sau a abrazivului pe suport de hrtie, prin m surarea conductivit ii electrice.

Higrometru portabil digital pentru determinarea umidit ii i punctului de rou n gaze industriale i /sau explozive8

8

sursa http://www.multilab.ro/MainPages/Key-Lab/Instrumente/Umidometre.htm

38

5.1.2.Reglarea umidit ii Reglarea umidit ii se realizeaz n aproape toate domeniile de activitate economic i n situa ia sistemelor de aer condi ionat pentru confort. Pentru realizarea calculelor termice ale circuitelor frigorifice reale se poate utiliza produsul informatic CoolPack, realizat la Universitatea Tehnic din Danemarca (DTU), program care poate fi desc rcat gratuit la adresa: www.et.dtu.dk/CoolPack i poate fi rulat sub urm toarele sisteme de operare: y Windows 95 y Windows 98 y Windows 2000 Professional Programul are ase module: - analiza ciclurilor, - proiectare, - evaluare, - auxiliar, - dinamic i permite realizarea calculelor pentru: - subr cirea n condensator i supranc lzirea n vaporizator - supranc lzirea pe conducta de aspira ie i refulare - schimbul intern de c ldur - condi ii de func ionare a compresorului. Pentru exemplificare pot fi prezentate diferite tipuri i modele de purificatoare i umidificatoare de aer. Simularea func ion rii unui sistem de reglare automat a umidit ii poate fi realizat i asociind un senzor de umiditate cu o schem de ac ionare electropneumatic n programul Fluidsim (adresa: www.festo-didactic.com )

39

Figura 5.5. schema electropneumatic a regulatorului de umiditate

Circuitul electro-pneumatic este format dintun compresor care produce presiunea de aer necesar circuitului pneumatic. Circuitul con ine dou pistoane pneumatice utilizate pentru ac ionarea unor valve dintro instala ie tehnologic . Pistoanele sunt comandate de dou distribuitoare care permit comutarea circuitelor pneumatice. Distribuitoarele sunt ac ionate cu ajutorul a dou bobine din circuitul electric. Circuitul electric este format dintrun releu 1 care este pus sub tensiune prin intermediul uni buton de pornire i scos de sub tensiune prin intermediul unui buton de oprire. Butonul de pronire este prev zut cu un contact de automen inere pentru a men ine releul 1 sub tensiune i dup ce butonul de pornire a fost eliberat dar numai pan cnd butonul de oprire este ac ionat. Circuitul mai con ine bobinele distribuitoarelor care sunt ac ionate de c tre senzorul de umiditate.

Figura 5.6. Schema electronic

Elementul sensibil este realizat din dou conductoare de cupru dispuse pe o plac de cablaj imprimat, mpreun cu R1 i R2 rezisten a de contact a elementului sensibil formeaz divizorul de tensiune pentru polarizarea bazei lui T3. Curentul de colector al tranzistorului T3 reprezint abaterea (semnalul de eroare) care este amplificat de T2. Circuitul integrat 4011 din schem simuleaz regulatorul automat care comand elementul de execu ie format dintrun releu electromagnetic. Poarta A din circuitul integrat IC2 lucreaz ca un Trigger -Schmitt transformnd semnalul de la colectorul lui T2 n semnal digital (0 i 1). Acest semnal este aplicat la intarea por ii B care lucreaz pe post de inversor. La ie irea por ii B avem semnal 1 logic cnd elementul sensibil sesizeaz 40

umiditate respectiv 0 logic cnd elementul sensibil nu sesizeaz umiditate. Semnalul de la ie irea por ii B este aplicat prin intermediul rezistorului R7 pe baza tranzistorului T1, care cupleaz n circuit bobina releul K1 respectiv dioda electroluminoscent LED1. La conectarea bobinei releului K1, acesta comut contactul P1 din pozi ia Q1 n pozi ia S1 nchinznd i descinznd circuite electrice. Circuitul este prev zut cu un stabilizator de tensiune format din circuitul integrat IC1 i dou condensatoare pentru filtraj pe intrarea i ie irea lui. Alimentarea se realizeaz cu o tensiune cuprins ntre 6 i 18 V.

Figura 5.7. montajul pentru reglarea automat a umidit ii

41


CUM? Metode de predare: y Conversa ia; y Documentare; y Descoperire dirijat ; y Lucr ri practice sau simulare computerizat .Evaluare:

Frontal ; Observare individual ; Fi e de evaluare; Referat de laborator;

UNDE?


CU CE?


Fi e de lucru; Folii transparente, fi e de documentare; Foi de catalog; Aparatura de laborator; Calculator (calculatoare), Videoproiector; Softuri de simulare.

Pentru punctul 5.1.1. se propune o informare i o verificare a no iunilor de specialitate necesare realiz rii unei lucr ri de laborator cu tema reglarea automat a umidit ii verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive. Pentru punctul 5.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezint sisteme de reglare automat a umidit ii (identificarea elementelor schemei, a m rimilor din schem , a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizeaz aceea i schem sau scheme diferite i prezint concluziile analizei. Lucr rile practice pot fi executate fie la partenerii economici fie n laboratorul de automatiz ri. n lipsa unor standuri de lucru specializate n laborator, pot fi concepute o diverse scheme de reglare a umidit ii (ca n exemplul dat) prin combinarea schemelor electronice cu cele electropneumatice sau numai cu scheme electronice. n unit ile economice partenere unde dotarea permite se poate efectua studiu de caz pe diferite sisteme de reglare a umidit ii.

42

TEMA NR.6. SRA n cascad

6.1.1.Actualizarea cuno tin elor necesare parcurgerii temei

SRA n cascad sunt sisteme de reglare automat cu mai multe bucle de reglare. n cazul n care m rimile perturbatoare pot fi m surate, func ia de reglare se poate realiza prin eleborarea unor comenzi n func ie de perturba ie, rezult un SRA cu ac iune direct . Dac se realizeaz att compensarea influen ei perturba iei ct i realizarea func iei de reglare n raport cu m rimea/m rimile de referin rezult o structur de sistem de reglare combinat (figura 6.1.).

Aceast structur permite realizarea func iei de reglare pe baza analizei f cute de regulatorul R1 asupra m rimii de eroare i de regulatorul R2 asupra perturba iei v sesizate de traductorul T. Sistemele de reglare n cascad au o larg aplicabilitate n practic , n figura 6.2 este reprezentat schema de conexiune a elementelor unui astfel de sistem

43

Se poate alc tui o structur de reglare n cascad folosind un num r de regulatoare egal cu num rul variabilelor m surate din procesul tehnologic pentru c ntreg procesul poate fi descompus n subprocese interconectate cauzal, cu variabile accesibile m sur rii. n situa ia prezentat n figura 6.2. cele dou subprocese sunt conectate cauzal, m rimea de execu ie (unic - m ) determinnd cauzal evolu ia variabilei intermediare z1, care la rndul ei, determin cauzal evolu ia variabilei de ie ire a procesului. Regulatorul RA1 este destinat regl rii variabilei z1 i compens rii ac iunii perturba iei v1, iar regulatorul principal RA2 are rolul de a asigura realizarea func iei de reglare n raport cu referina yr, furniznd n acest scop referin a pentru regulatorul secundar RA1. Cele dou regulatoare din cadrul acestei structuri func ioneaz n regim de urm rire. Regulatoarele tipizate nu pot asigura dect eliminarea a cel mult dou constante de timp importante, regulatorul tipizat cu func lia de transfer cea mai complicat fiind regulatorul PID. In cazul n care se dore te eliminarea mai multor constante de timp ar fi nevoie de un regulator cu o structur mai complicat dect a regulatorului PID. Dac ar fi regulatoare cu structuri mai complicate ar ap rea dezavantajul amplific rii zgomotelor suprapuse peste semnalul util de Ia intrarea regulatorulul. De aceea, in practic nu se adopt pentru regulatoarele tipizate structuri i legi de reglare mai complicate dect ale regulatorulul PID, recurgndu-se Ia o complicare a schemei de reglare, realizat cu elemente tipizate. In cazul regl rii n cascad se folosesc de asemenea mai multe regulatoare tipizate, ns totodat partea fix a sistemului este mp r it n mai multe por iuni ntre care se transmit anumite m rimi intermediare: fiecare m rime intermediar este reglat de un regulator tipizat suplimentar, regulatorul destinat m rimii de ie ire a sistemului existnd ca n orice sistem de reglare. Cel mai important avantaj al regl rii n cascad const n faptul c o asemenea reglare simultan a mai multor m rimi din cadrul instala iei tehnologice conduce Ia o reducere nsemnat a duratei procesului de reglare, ndeosebi dac m rimile intermediare r spund mai repede dect m rimea de ie ire Ia perturb rile care ac ioneaz asupra instala iei tehnologice. La reglarea n cascad , trebuie s se in cont de rapiditatea cu care diversele m rimi din cadrul instala iei tehnologice r spund Ia perturb ri. M rimile intermediare trebuie alese i din considerente tehnice, legate de posibilitatea instal rii traductoarelor pentru m surarea m rimilor respective spre a fi transmise regulatoarelor suplimentare. Un alt avantaj important al regl rii In cascad este reprezentat de posibilitatea limit rii simultane a varia iilor m rimilor intermediare. Dezavantajele structurilor de reglare n cascad sunt determinate de alegerea i acordarea optim a regulatoarelor, deoareace regulatoarele buclelor interioare au referin eIe fixate de c tre un alt regulator.

44

6.1.2. Sisteme de reglare automat n cascad

Exemple de SRA n cascad

9

1. Nivelul se regleaz n procese de umplere-golire, iar sistemul de reglare automat pentru nivel SRA-L, este reprezentat conven ional ca n figura 6.3. Astfel, se calculeaz modelul dinamic al procesului de umplere-golire la un rezervor cu sec iune constant S, alimentat cu debitul Fa , din care se extrage debitul Fe.

Figura 6.3. SRA pentru nivel

unde:

L nivelul de lichid din rezervor; Fa debitul de alimentare; Fe debitul de evacuare; L0 valoarea prescris pentru nivel. Se consider doua cazuri posibile: a) evacuarea la debit constant, Fe= ct; b) evacuarea la debit variabil, n func ie de nivelul din rezervor, Fe(L). Estimarea parametrilor acestui model se bazeaz pe ecua ia de conservare a cantit ilor de fluid care se vehiculeaz n proces.

2. Reglarea n cascad este mai eficient dac bucla secundar de debit este mult mai rapid dect bucla principal de nivel (timpul de r spuns al SRA pentru debit se propune de circa zece ori mai mic dect timpul de r spuns al SRA pentru nivel, n faza de proiectare a structurii de cascad ). Dac se respect aceasta cerin , perturba iile datorate modific rii debitului de fluid sunt anihilate de bucla secundar i nu mai pot modifica m rimea principal reglat , care este nivelul L.

Figura 6.4. Reglare de nivel n cascad cu debit

9

sursa: Sisteme Conventionale Pentru Reglarea Proceselor Continue

45

3. O implementare cu aparatura electronica cu semnal unificat de curent (4-20 mA) este dat n figura 6.5. pentru o structur de reglare in cascad . Se poate constata conexiunea caracteristic de cascad , prin care regulatorul din bucla principal de nivel prescrie referin a regulatorului din bucla secundar de debit (comanda primului regulator devine m rime de referin pentru cel de al doilea regulator). Rezult deci, c aceast structur cu pre ul unui efort al costului datorat traductorului de debit i regulatorului din bucla secundar , ofer un regim dinamic superior, fiind robust la perturba iile datorate modific rilor arbitrare ale debitului de alimentare.

Figura 6.5. SRA (cascad ) pentru nivel cu aparatura cu semnal unificat de curent

4. n figura 6.6. este exemplificat o implementare cu aparatura ce folose te semnal unificat de curent (4-20mA) pentru structura uzual de reglare n cascad a temperaturii cu debitul de agent termic.

46

Figura 6.6. Implementare SRA in cascada pentru temperaturadebit, cu aparatura cu semnal unificat de curent

5. M surarea debitului i a presiunii

Fig. 6.7. M surarea debitului i a presiunii.

47


CUM? y y y y y Metode de predare: Conversa ia; Demonstra ie; Documentare; Descoperire dirijat ; Lucr ri practice, studiu de caz.Evaluare:

Frontal ; Fi e de evaluare; Referat de laborator; Miniproiect.

UNDE? Laboratorul de automatiz ri; Laboratorul de informatic ; Unit i economice parteneri sociali.


CU CE?


Tema presupune analiza schemelor de reglare automat cu structur evoluat i se preteaz a fi realizat n colaborare cu acei parteneri economici cu care exist ncheiate parteneriate de practic i unde se poate face studiu de caz, eventual urmat de eleborarea unui miniproiect de c tre elevii care au lucrat ntro grup .

48

TEMA NR.7.

Automate programabile

FI A SUPORT 7.1. Automate programabileAutomatele programabile pot fi definite ca ni te echipamente dedicate, cu rol n achizi ia de date, comand i reglare, utilizate frecvent n automatiz rile industriale. Automatele programabile sunt structuri destinate conducerii proceselor industriale Ia realizarea c rora s-a urm rit eliminarea n ct mai mare m sur a structurilor logice cablate i nlocuirea acestora cu structuri logice programabile, cum ar fi: memoriile semiconductoare, re elele logice programate, microprocesoarele i circuitele specializate programabile, compatibile cu acestea. Datorit utiliz rii ei n aplica ii industriale, o configura ie de automate programabile con ine n sec iunea dedicat apIica iei o zon de interfa realizat cu circuite de tip multiplexare/demultiplexare, memorare, separare galvanic i circuite pentru nivelul de semnal. Pe de alt parte, structurile de automat programabil asociaz configura iei de conducere o interfa de dialog cu operatorul, permi ndu-i acestuia configurarea regimurilor de lucru i interven ii n situa ii speciale. Exist mai multe criterii de clasificare a automatelor programabile. Cel mai utilizat este cel al dimensiunii magistralei de date. Dup acest criteriu, automatele programabile se clasific n: Automate programabile cu programare Ia nivel de bit, Ia care magistrala de date are capacitatea de un bit, iar prelucrarea se efectueaz asupra unor operanzi de un bit; Automate programabile cu prelucrare a informa iei Ia nivel de cuvnt, care efectueaz prelucr ari logice i aritmetice asupra unor operanzi de n bi i, unde n 8. Magistrala de date e dimensionat corespunz tor. Automate programabile mixte, care con in dou unit i aritmetico - logice ce pot lucra cu operanzi de un bit sau de un cuvnt (n biti). Automatele programabile cu prelucrare Ia nivel de bit implementeaz structuri complete de automate finite permi nd o serie de extensii func ionaIe de tipul: calcul aritmetic; temponiz ri; contoriz ri. Rezult c automatele programabile de acest tip ndeplinesc sarcini de conducere proprii echipamentelor de comand discret a proceselor industriale, permi nd detectarea schimb rilor valorilor unor semnale furnizate de elemente de tipul: butoane cu men inere, butoane cu autorevenire, comutatoare basculante, limitatoare de curs , etc. i prelucrarea informa iilor furnizate de aceste elemente pe baza unui program nscris ntro memorie n vederea emiterii semnalelor de ie ire care comand elemente de tipul: contactoarelor, releelor, electroventilelor, elementelor de semnalizare etc. Structura minimal a unui sistem de conducere a proceselor cu automate programabile cu prelucr ri Ia nivel de bit este format din trei unit ti de baz : 1. Procesorul central de prelucrare logic a programului rezident n memoria program. 2. Modulele de intrare-ie ire ce realizeaz cuplarea cu procesul condus. 3. Consola de programare ce permite configurarea sistemului de conducere.

49


CUM? y y y Metode de predare: Conversa ia; Documentare; Lucr ri practice sau simulare computerizat .Evaluare:

Frontal ; Observare individual ; Referat de laborator;

UNDE?


CU CE?


Fi e de lucru; Folii transparente; Fi e de documentare; Foi de catalog; Aparatura de laborator; Calculator (calculatoare); Videoproiector; Softuri de simulare.

Automatele programabile au fost prezentate n modulul cu acela i nume. Pentru documentare se pot utiliza materialele i programele propuse n materialele elaborate pentru modulul Automate programabile (materiale de predare i de nv are). Pentru lucrarea practic se propune lucrul n echip acolo unde dotatrea o permite sau miniproiect.

50

Bibliografie:1 2 3 4 5

6

Borangiu Th., Dobrescu R. Chi a Monica-Anca Filipescu A., Stamatescu S. Ghinea M., Fire eanu V. Ila Constantin Mare F., .a.

Automate programabile Senzori i traductoare Teoria sistemelor. Analiza i sinteza sistemelor liniare n abordarea structural Matlab, calcul numeric grafic -aplica ii Teoria sistemelor de reglare automat Sinteze pentru examenul de bacalaureat, Tehnic 1, Sisteme de automatizare i Tehnici de m surare n domeniu Sisteme de automatizare i Tehnici de m surare n domeniu Module de automatizare Bazele sistemelor automate Auxiliar curricular pentru modulul "Sisteme de automatizare"

Editura Matrix Rom, Bucure ti, 2007 Editura Matrix Rom, Bucure ti, 2006 Editura Matrix Rom, Bucure ti, 2007 Editura Teora, Bucure ti, 1995 Editura Academiei Romne, Bucure ti, 1986 Editura Pax Aura Mundi, Gala i, 2007

7 8 9 10

Mare F., .a. Mare F., .a. Mnzu V., Creang E. Pintea M

Editura Pax Aura Mundi, Gala i, 2008 Editura Pax Aura Mundi, Gala i, 2008 Editura Didactic i Pedagogic , Bucure ti, 2002 http://archive.tvet.ro/web/Aux_Nivel_3

11 DimSolve - Dimensionare instrumentatie 12 http://www.masterlevel.com/transducer.html 13 http://www.bmeters.com/ProdCard2.asp?PID=MAG-C 14 M surarea debitului 15 http://ro.wikipedia.org/wiki/Higrometru 16 http://www.labshop.ro/Enviro/Termohigrometre.html# 17 http://www.multilab.ro/MainPages/Key-Lab/Instrumente/Umidometre.htm 18 19 www.et.dtu.dk/CoolPack www.festo-didactic.com

20 Sisteme Conventionale Pentru Reglarea Proceselor Continue 21 http://www.inform.umd.edu/EdRes/Topic/Chemistry/ ChemConference/Software/ElectroSim/opamp.html

51

08_reglarea automata a parametrilor proceselor tehnologice

Documents