08_reglarea automata a parametrilor proceselor tehnologice.doc

Reglarea automată a parametrilor proceselor tehnologiceMaterial de predare

Domeniul: Electronică automatizăriCalificarea: Tehnician în automatizări

Nivel 3

2009

1

Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TICProiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007 – 2013Beneficiar - Centrul Naţional de Dezvoltare a Învăţământului Profesional şi Tehnic

str. Spiru Haret nr.10-12, sector 1, Bucureşti-010176, tel. 021-311 11 62, fax. 021-312 54 98, [email protected]

AUTOR:MIHAELA PINTEA – profesor de specialitate, grad didactic I

COORDONATOR:

ing. DIACONU GABRIELA – profesor de specialitate, grad didactic I

CONSULTANŢĂ:

IOANA CÎRSTEA – expert CNDIPT

ZOICA VLĂDUŢ – expert CNDIPT

ANGELA POPESCU – expert CNDIPT

DANA STROIE – expert CNDIPT

Acest material a fost elaborat în cadrul proiectului Învăţământul profesional şi tehnic în

domeniul TIC, proiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-

2013

2

CuprinsCuprins.................................................................................................................................3Introducere...........................................................................................................................4Documente necesare pentru activitatea de predare.............................................................6Resurse................................................................................................................................7

Tema nr.1. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a temperaturii.......................................................................................................................7

FIŞA SUPORT 1.1. SRA pentru reglarea temperaturii.................................................71.1.1. Actualizarea cunoştinţelor necesare parcurgerii temei......................................71.1.2. Reglarea temperaturii........................................................................................8SUGESTII METODOLOGICE.....................................................................................9

FIŞA SUPORT 1.2. Exemple de SRA de reglare a temperaturii, cu structură evoluată....................................................................................................................................10SUGESTII METODOLOGICE...................................................................................12

TEMA NR.2 Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a presiunii ...............................................................................................................13

FIŞA SUPORT 2.1. SRA pentru reglarea presiunii....................................................132.1.1. Actualizarea cunoştinţelor necesare parcurgerii temei....................................13SUGESTII METODOLOGICE...................................................................................15

FIŞA SUPORT 2.2. Exemple de SRA a presiunii........................................................16SUGESTII METODOLOGICE...................................................................................18

TEMA NR.3 Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a nivelului ...............................................................................................................19

FIŞA SUPORT 3.1. SRA pentru reglarea nivelului.....................................................193.1.1. Actualizarea cunoştinţelor necesare parcurgerii temei....................................193.1.2. Reglarea nivelului............................................................................................23SUGESTII METODOLOGICE...................................................................................24

FIŞA SUPORT 3.2. Exemple de SRA a nivelului cu structură evoluată......................25SUGESTII METODOLOGICE.........................................................................................26TEMA NR.4. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a debitului..........................................................................................................................27

FIŞA SUPORT 4.1. SRA pentru reglarea debitului....................................................274.1.1. Actualizarea cunoştinţelor necesare parcurgerii temei....................................274.1.2.Reglarea debitului............................................................................................31SUGESTII METODOLOGICE...................................................................................33

TEMA NR.5. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a umidităţii..........................................................................................................................34

FIŞA SUPORT 5.1. SRA pentru reglarea umidităţii...................................................345.1.1.Actualizarea cunoştinţelor necesare parcurgerii temei.....................................345.1.2.Reglarea umidităţii............................................................................................39SUGESTII METODOLOGICE...................................................................................42

TEMA NR.6. SRA în cascadă.........................................................................................436.1.1.Actualizarea cunoştinţelor necesare parcurgerii temei.....................................436.1.2. Sisteme de reglare automată în cascadă........................................................45

Exemple de SRA în cascadă .....................................................................................45SUGESTII METODOLOGICE...................................................................................48

TEMA NR.7. Automate programabile.........................................................................49FIŞA SUPORT 7.1. Automate programabile..............................................................49SUGESTII METODOLOGICE...................................................................................50

Bibliografie:.........................................................................................................................51

3

Introducere

Structura modulară a Standardului de Pregătire Profesională necesită o ordonare cât mai eficientă a elementelor tehnice pe care profesorul trebuie să le predea elevilor. Prezentul material de predare îşi propune să ofere un sprijin în procesul de predare-învăţare profesorului.

Profesorul care utilizează materialele de predare trebuie să cunoască şi să valorifice conţinutul acestora, deoarece structurarea informaţiilor este generată de curriculum modular alcătuit pe baza Standardului de Pregătire Profesională.

Înainte de aplicarea propriu-zisă a materialelor de predare propuse, profesorul trebuie să cunoască particularităţile colectivului de elevi şi, îndeosebi, stilurile de învăţare ale acestora, pentru reuşita centrării pe elev a procesului instructiv.

Structurarea conţinuturilor se bazează pe principiul subordonării la competenţele de format şi la criteriile de performanţă ale fiecărei competenţe: astfel, au fost selectate şi organizate corespunzător, informaţii care permit formarea unei competenţe şi atingerea criteriilor de performanţă prevăzute în SPP.

Fiecare etapă de învăţare este urmată de execiţii (lucrări practice) prin care sunt exersate diferite stiluri de învăţare.

Materialele de predare urmăresc cu stricteţe condiţiile de aplicabilitate ale criteriilor de performanţă pentru fiecare competenţă, aşa cum sunt acestea precizate în Standardele de Pregătire Profesională.

Sunt incluse o serie de materiale didactice, precum:

folii transparente teste materiale informative aplicaţii tip proiect calculatorul personal şi soft-uri specializate

Prezentul material de predare nu acoperă întreaga tematică cuprinsă în Standardul de Pregătire Profesională şi în Curriculum.

Modulul „Reglarea automată a parametrilor proceselor tehnologice” se studiază în clasa a XII-a liceu tehnologic, în vederea asigurării pregătirii de specialitate în calificarea tehnician în automatizări din profilul tehnic.

Modulul face parte din „Stagii de pregătire practică” (aria curriculară "Tehnologii") şi are alocate un număr de 50 de ore / an, din care:

laborator tehnologic – 30 ore; instruire practică – 20 ore

Unitatea de competenţă aferentă modulului este: Reglarea automată a parametrilor proceselor tehnologice

4

Competenţe vizate Teme Fise suport

Elaborează scheme bloc pentru diferite posibilităţi de reglare automată a unui proces

Tema nr.1. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a temperaturii

FIŞA SUPORT 1.1. SRA pentru reglarea temperaturii

Tema nr.2. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a presiunii

FIŞA SUPORT 2.1. SRA pentru reglarea presiunii

Tema nr.3. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a nivelului

FIŞA SUPORT 3.1. SRA pentru reglarea nivelului

Tema nr.4. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a debitului

FIŞA SUPORT 4.1. SRA pentru reglarea debitului

Tema nr.5. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a umidităţii

FIŞA SUPORT 5.1. SRA pentru reglarea umidităţii

Analizează modul de conectare a elementelor componente pentru realizareaa unui SRA cu structură evoluată


FIŞA SUPORT 1.2. Exemple de SRA de reglare a temperaturii, cu structură evoluată

Tema nr.2. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a presiunii

FIŞA SUPORT 2.2. Exemple de SRA a presiunii

Tema nr.3. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a nivelului

FIŞA SUPORT 3.2. Exemple de SRA a nivelului cu structură evoluată

Tema nr.6. SRA în cascadă FIŞA SUPORT 6.1. SRA în cascadă

Analizează utilizarea automatelor programabile

Tema nr.7. Automate programabile FIŞA SUPORT 7.1. Automate programabile

Cadrele didactice au posibilitatea de a decide asupra numărului de ore alocat fiecărei teme, în funcţie de dificultatea temei, de nivelul de cunoştinţe anterioare ale grupului instruit, de complexitatea materialului didactic implicat în strategia didactică şi ritmul de asimilare a cunoştinţelor şi formare a deprinderilor, proprii grupului instruit.Pregătirea practică prin laboratorul tehnologic se va desfăşura în spaţii special amenajate, dotate corespunzător, pe grupe de elevi, cu respectarea legislaţiei în vigoare.

5

Se recomandă cadrelor didactice să studieze toate materialele elaborate pentru modulul „Reglarea automată a parametrilor proceselor tehnologice” ( materialul de predare, materialul de învăţare şi instrumentele de evaluare) dar şi cele elaborate pentru modulele de specialitate elaborate pentru unităţile de competenţă specializate: (Sisteme de automatizare, Sisteme de reglare automată, Automate programabile, Reţele de calculatoare) înainte de a elabora planificarea calendaristică, pentru a corela toate deprinderile şi abilităţile dobândite de elevi cu cele ce urmează a fi achiziţionate prin parcurgerea prezentului modul.

Primele 5 teme din tabelul de corelare a competenţelor cu conţinuturile vor fi parcurse de preferinţă în cele 30 de ore de laborator alocate modulului ( 6ore/zi – 5 zile), urmând ca temele 6 şi 7 să fie parcurse în orele de instruire practică la agenţi economici cu care şcoala a încheiat parteneriate şi care au posibilitatea să asigure baza materială pentru dobândirea competenţelor aferente.

Dacă dotarea existentă în unităţile economice în care se realizează stagiul de practică comasată pune la dispoziţia elevilor mai multe SRA pentru diferiţi parametrii indicaţi (temperatură, presiune, debit, nivel, umiditate, şi altele) se pot efectua studii de caz cu grupe de elevi repartizate în puncte de lucru diferite.

În prezentul material de predare au fost date pentru fiecare temă câteva noţiuni de bază pentru parcurgerea temei şi au fost propuse diferite moduri de rezolvare practică a temelor. Cadrele didactice au posibilitatea să aleagă diferite metode de lucru în funcţie de dotarea laboratorului în care îşi desfăşoară activitatea, de nivelul de pregătire al colectivului de elevi şi de specificul activităţilor din unităţile economice unde elevii parcurg stagiul de pregătire practică aferent modulului.

Documente necesare pentru activitatea de predare

1. Standardul de pregătire profesională pentru calificarea tehnician în automatizări – www.tvet.ro, secţiunea Curriculum – SPP şi www.edu.ro, secţiunea Învăţământ preuniversitar

2. Curriculum pentru calificarea tehnician în automatizări – www.tvet.ro, secţiunea Curriculum – SPP şi www.edu.ro, secţiunea Învăţământ preuniversitar

6

http://www.edu.ro/

http://www.tvet.ro/

http://www.edu.ro/

http://www.tvet.ro/

Resurse


FIŞA SUPORT 1.1. SRA pentru reglarea temperaturii

1.1.1. Actualizarea cunoştinţelor necesare parcurgerii temei

Temperatura este mărimea care caracterizează starea de încălzire a unui corp. Măsurarea temperaturii se face cu ajutorul termometrelor. Măsurarea temperaturii este o problemă legată de definirea acestei mărimi cât şi de utilizarea unor scări de temperatură adecvate metodelor practice de măsurare. Se lucrează în general cu două noţiuni:

temperatură empirică (practică) – prin care se înţelege un parametru termic care are proprietatea că întrun sistem izolat format din mai multe corpuri în contact termic, condiţia necesară şi suficientă de echilibru este ca toate corpurile să aibă aceeaşi valoare a temperaturii;

temperatură absolută (termodinamică) - prin care se înţelege factorul de proporţionalitate al schimbului de energie prin efect termic pentru fiecare corp dintrun sistem termodinamic.

Pentru măsurarea temperaturilor se defineşte o scară precisă cu valori stabile şi reproductibile între care să fie stabilite relaţiile de interpolare şi care să fie cât mai apropiată de Scara termodinamică de temperatură derivată din legile termodinamicii.Unitatea de măsură In Sistemul International (SI) este Kelvinul (K). Temperatura 0 Keste numită zero absolut şi este punctul in care moleculele şi atormiiau cea mai mică energie termică. Se mai folosesc alte două scări de temperatură: scara Fahrenheit în Statele Unite şi scara Celsius în ţările europene.

Relaţiile de transformare a temperaturi exprimate în scările Kelvin, Celsius şi Fahrenheit sunt prezentate în tabelul 1.

Tabelul 1.Transformare din Transformare în FormulaCelsius Kelvin K = oC + 273,15Kelvin Celsius oC = K – 273,15Fahrenheit Celsius oC = (oF – 32) / 1,8Celsius Fahrenheit oF = oC x 1,8 + 32Fahrenheit Kelvin K = (oF + 459,67) / 1,8Kelvin Fahrenheit oF = 1,8 x K – 459,67

Măsurarea electrică a temperaturii prezintă importanţă în ceea ce priveşte mărimile termice, indirect putând fi folosită la măsurarea debitelor, a presiunilor joase, a valorii efective a tensiunilor şi curenţilor.

Temperatura de măsurat nu este identică cu temperatura măsurată din cauza efectuării unor schimburi de căldură între mediu şi traductor.

7

1.1.2. Reglarea temperaturiiSistemele de reglare automată a temperaturii sunt printre cele mai

utilizate atât în economie cât şi în aplicaţii casnice. Din punct de vedere al destinaţie sistemele de reglare automată a temperaturii pot fi sisteme pentru instalaţii frigorifice sau sisteme pentru instalaţii de încălzire.

În multe situaţii, schemele pentru măsurarea temperaturii sunt incluse în bucle de reglare a temperaturii pentru incinte termostate. Dacă încălzirea se face electric, nu este indicat ca alimentarea schemei de

măsurare să se facă de la aceeaşi sursă de putere ca şi rezistorul de încălzire, deoarece pot apare cuplaje parazite importante, care măresc histerezisul temperaturii reglate. În acest caz este indicat ca alimentarea pentru încălzire să se realizeze în curent alterenativ, iar alimentarea schemei de măsurare în curent continuu.

În cele mai simple instalaţii termice, schema bloc a unui sistem de reglare a temperaturii este cea din fig. 1.1.

Sistemele de reglare a temperaturii din instalaţiile frigorifice sunt realizate, în majoritatea cazurilor, prin intermediul echipamentelor specializate cu acţiune continuă sau cu regulator bipoziţional.

În instalaţiile termice la care timpul mort este mare, este necesară utilizarea sistemelor de reglare cu regulator PID sau PI. În unele situaţii, când timpul mort este foarte mare (Tm > T), se impune utilizarea unor regulatoare speciale (cu acţiune prin impulsuri).

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

Temperatura t din incinta 1 este realizată prin intermediul serpentinei 2, parcursă de agent termic (atunci când t > t0, unde t0 este temperatura mediului ambiant) sau de agent de răcire (atunci când t < t0). Dacă temperatura t are tendinţa să crească, regulatorul R comandă micşorarea secţiunii de trecere a organului de reglare – în cazul instalaţiilor de încălzire – sau mărirea secţiunii de trecere – în cazul instalaţiilor frigorifice.

8

SUGESTII METODOLOGICE

9

CUM?

Metode de predare: Conversaţia; Demonstraţie; Documentare; Descoperire dirijată; Lucrări practice.

Evaluare: Frontală; Observare individuală; Fişe de evaluare;

Organizarea clasei: pe grupe de lucru UNDE?

Laboratorul de automatizări; Laboratorul de informatică; Unităţi economice – parteneri sociali.

CU CE?

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

Pentru punctul 1.1.1. se propune o informare şi o verificare a noţiunilor de termotehnică necesare realizării unei lucrări de laborator cu tema „reglarea automată a temperaturii” – verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive.

Pentru punctul 1.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezintă sisteme de reglare automată a temperaturii (identificarea elementelor schemei, a mărimilor din schemă, a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizează aceeaşi schemă sau scheme diferite şi prezintă concluziile analizei.

În unităţile economice partenere unde dotarea permite se pot efectua studii de caz pe diferite sisteme de reglare a temperaturii.

FIŞA SUPORT 1.2. Exemple de SRA de reglare a temperaturii, cu structură evoluată

1.Pentru obţinerea unor performanţe superioare la reglarea automată a temperaturii se poate adopta un sistem de reglare în cascadă (Fig. 1.2).

Fig. 1.2. Reglarea

automată a temperaturii

Bucla de reglare automată a temperaturii, conţinând traductorul de temperatură Tr1 şi regulatorul R1, include o buclă de reglare a debitului, formată din traductorul de debit Tr2, regulatorul R2 şi elementul de execuţie EE. Dacă temperatura t tinde să scadă faţă de valoarea prescrisă, regulatorul de temperatură R1 impune o valoare prescrisă mai mare la regulatorul de debit R2. Bucla de reglare interioară stabileşte debitul la noua valoare prescrisă, astfel încât temperatura t creşte, revenind la valoarea impusă. Sistemul de reglare în cascadă reacţionează foarte eficace la o perturbaţie de tipul unei variaţii a presiunii agentului termic la intrare.

Dacă presiunea creşte brusc, creşte şi debitul agentului termic, existând tendinţa ca temperatura t să crească.

Creşterea debitului este sesizată de traductorul Tr2 şi, în consecinţă, regulatorul R2

acţionează imediat, dând comanda de micşorare a secţiunii de trecere a organului de reglare. Debitul este adus la valoarea impusă înainte ca temperatura din incintă să aibă variaţii importante.

2.Schema funcţională a sistemului de reglare a temperaturii în cazul unui fier de călcat este redată în fig. 1.3.

Fig. 1.3. Sistem de reglare automată a temperaturii unui fier electric de călcat

10

Schema bloc a SRA cu schema funcţională din figura 1.3. este prezentată în figura 1.4. Resortul de contact se comportă ca un comutator bipoziţional, iar reglarea este bipoziţională.

Fig. 1.4. Schema bloc a SRA cu schema de funcţională din figura 1.3

3.Schema sistemului de reglare a temperaturii la un cazan încălzit cu abur.

Fig. 1.5. Schema funcţională a unui cazan încălzit cu abur.

Fig. 1.6 Schema bloc a

cazanului încălzit cu abur din

fgura 1.5.

Concluzii:

- Regulatoarele folosite la reglarea temperaturii sunt de tip PI şi PID. La regulatoarele PI se anulează eroarea staţionară la intrare treaptă, însă apare un suprareglaj mai mare decât la regulatorul P, şi la o valoare mare a timpului tranzitoriu tr.

11


CUM?

Metode de predare: Conversaţia; Demonstraţie; Descoperire dirijată; Simulare coputerizată; Lucrări practice; Studiu de caz

Evaluare: Frontală; Observare individuală; Fişe de evaluare; Referat de laborator; Miniproiect.


Laboratorul de automatizări; Laboratorul de informatică; Unităţi economice – parteneri de practică.

CU CE?

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

Lucrările practice pot fi executate fie la partenerii economici fie în laboratorul de automatizări. Dacă există platforme de lucru specializate se vor urmări instrucţiunile de lucru ale respectivelor platforme şi se va încuraja creativitatea elevilor pentru elaborarea de scheme noi. Dacă dotatea permite se pot realiza scheme de SRA pentru reglarea temperaturii prin simulare computerizată, dacă nu se pot analiza sistemele accesibile în orice şcoală (de exemplu –cazane de apă caldă automatizate, puncte termice, sisteme automate de aer condiţionat, etc.)

12

TEMA NR.2 Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a presiunii

FIŞA SUPORT 2.1. SRA pentru reglarea presiunii


Presiunea este o mărime scalară egală cu raportul dintre forţa exercitată

normal pe elementul de suprafaţă şi suprafaţa elementului: p =

Presiunea poate fi absolută, dacă se măsoară în raport cu vidul absolut, relativă sau efectivă, dacă se măsoară ca diferenţă faţă de presiunea atmosferică, sau diferentială, dacă se măsoară faţă de o presiune considerată ca referinţă.

Pentru caracterizarea presiunilor pentru fluidele ce se află în mişcare se consideră o suprafaţă plană ce separă fluidul în două mase de fluid aflate în mişcare; presiunea exercitată în planul de separaţie este presiunea statică. Dacă în planul de separare se realizează întrun punct oprirea curgerii fluidului, presiunea corespunzătoare în acel punct reprezintă presiunea totală. Diferenţa dintre presiunea totală şi presiunea statică se numeşte presiunea dinamică.

Unitatea de măsură pentru presiune este pascalul (1 Pa = 1 N/m2), relativ mică pentru aplicaţiile tehnice, unde se preferă barul (1 bar = 103 Pa).În practică se mai folosesc şi alte unităţi de măsură pentru presiune ca:

atmosfera tehnică (1 at = 1 Kgf/cm2); atmosfera fizicã (1 atm este presiunea hidrostatică echivalentă unei coloane de

mercur cu densitatea de 13,595 g/cm3, având înălţimea de 760 mm, la 0°C, corespunzătoare unei acceleraţii gravitaţionale de 980,666 cm/s2);

mm coloană de mercur (1 mmHg = 1 torr este presiunea hidrostatică a unei coloane de mercur, în condiţiile de mai sus cu înălţimea de 1 mm);

mm coloanã de apă (1 mm H2O este presiunea hidrostatică echivalentă unei coloane de apă cu înălţimea de 1 mm).

Presiunea de referinţă în tehnică, numită presiune normală (presiunea exercitată de o coloană de mercur cu înălţimea de 735,6 mm în condiţiile precizate), este diferită de presiunea atmosferică normală care corespunde presiunii hidrostatice echivalentă unei coloane de mercur cu înălţimea de 760mm, la 0°C şi acceleraţie gravitaţionată de 980,666 cm/s2.

În natură şi în instalaţiile tehnice pot exista diferite tipuri de presiuni: presiunea atmosferică pb- Presiunea exercitată de învelişul gazos care înconjoară

globul terestru poartă denumirea de presiune atmosferică sau presiune barometrică. Aceasta variază cu: altitudinea (datorită greutăţii aerului), cu starea vremii (dată de deplasarea maselor de aer atmosferic) şi cu poziţia georafică de pe globul terestru. Variaţia densităţii aerului funcţie de presiune a condus la necesitatea de a stabili o presiune de referinţă numită presiune normală, aceasta fiind presiunea corespunzătoare nivelului mării la latitudinea de 45o temperatura de 0°C şi care are valoarea pN = 760 mmHg = 101325 Pa;

13

presiunea absolută pa. Presiunea absolută reprezintă presiunea unui fluid considerată faţă de zero absolut de presiune. Este presiunea care se utilizează în toate relaţiile termotehnice;

suprapresiunea ps. Când în instalaţiile tehnice presiunea absolută este mai mare decât presiunea atmosferică, diferenta dintre acestea poartă denumirea de suprapresiune sau presiune manometrică;

depresiune pv. Când în instalaţiile tehnice presiunea absolută este mai mică decât presiunea atmosferică, diferenţa dintre acestea poartă numele de depresiune, subpresiune, vacuum sau presiune vacuummetrică. Vidul, exprimat în procente din

presiunea atmosferica, este: V = 100 [%]

Suprapresiunea şi depresiunea, fiind exprimate în raport cu presiunea atmosferică, se mai numesc şi presiuni relative.

presiunea statică pst. Presiunea statică reprezintă presiunea care se exercită pe suprafaţa plană de separare dintre două mase de fluid aflate în mişcare;

presiunea totala ptot. Dacă întrun curent de fluid se introduce un obstacol viteza fluidului devine zero, iar întreaga energie cinetică specifică a fluidului se manifestă sub formă de presiune. Presiunea din acest punct de oprire (de stagnare) poartă denumirea de presiuzne totală.

presiunea dinamică pdin. Presiunea dinamică se defineşte ca diferenţa dintre presiunea totală şi cea statică dintro secţiune transversală printrun curent de fluid,

pdin=ptot-pst, fiind funţie de viteza w şi densitatea r a fluidului prin relaţia: pdin=ρ

Domeniul de măsurare a presiunii în ştiinţă şi tehnică este deosebit de întins. Din această cauză metodele de măsurare a presiunii sunt specifice numai pentru anumite intervale de măsurare.

Reglarea presiunii se face cu ajutorul regulatoarelor P pentru reglări simple, cu regulatoare PI cu bandă de proporţionalitate mare şi constantă de timp de integrare mică pentru lichide, bandă de proportionalitate mică şi constantă de timp de integrare mare pentru gaze şi abur, cu regulator PID în cazul în care se doreşte obţinerea unor performanţe deosebite.

2.1.2. Reglarea presiuniiReglarea automată a presiunii se poate realiza în mai multe moduri, în

funcţie de specificul instalaţiei tehnologice.

Fig. 2.1. Reglarea presiunii în recipiente cu circulaţie

14

Reglarea presiunii în recipiente cu circulaţie se poate face prin schemele date în fig. 2.1.a şi 2.1b. În aceste scheme, cât şi în cele ce urmează, Tr este traductorul, RF – elementul de referinţă (în cazul sistemelor de stabilizare), R – regulatorul iar EE – elementul de execuţie. În prima schemă, organul de reglare este montat pe conducta de intrare, iar în a doua schemă – pe conducta de evacuare. Cele mai utilizate scheme de reglare sunt cu acţiune continuă, cu regulator PI, şi sisteme de reglare bipoziţionale sau cu acţiune directă (în instalaţii la care nu se cer indicatori de performanţă ridicaţi).


CUM?

Metode de predare: Conversaţia; Demonstraţie; Documentare; Descoperire dirijată;

Evaluare: Frontală; Observare individuală; Referat de laborator; Miniproiect.



CU CE?

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

Pentru punctul 2.1.1. se propune o informare şi o verificare a noţiunilor de dinamica fluidelor necesare realizării unei lucrări de laborator cu tema „reglarea automată a presiunii” – verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive.

Pentru punctul 2.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezintă sisteme de reglare automată a presiunii (identificarea elementelor schemei, a mărimilor din schemă, a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizează aceeaşi schemă sau scheme diferite şi prezintă concluziile analizei.

În unităţile economice partenere unde dotarea permite se pot efectua studii de caz pe diferite sisteme de reglare a presiunii.

15

FIŞA SUPORT 2.2. Exemple de SRA a presiunii

1. Reglarea presiunii gazelor în conducte se realizează cu scheme de tip aval sau de tip amonte (fig. 2.2).

Fig. 2.2. Reglarea presiunii

gazelor în conducte

În aceste aplicaţii se utilizează foarte frecvent regulatoarele cu acţiune directă. În figura 2.2.a şi figura 2.2.b. se prezintă două soluţii des utilizate pentru reglarea presiunii de aspiraţie a compresoarelor din instalaţiile frigorifice.

Fig. 2.2. Reglarea presiunii de aspiraţie a compresoarelor din instalaţiile frigorifice

2. În schema din figura 2.2.a, presiunea de aspiraţie a compresorului 1 se reglează bipoziţional, prin cuplarea şi decuplarea motorului de antrenare 2. Dacă presiunea de aspiraţie scade sub valoarea de basculare în starea “0” a regulatorului bipoziţional se comandă oprirea motorului. Dacă presiunea creşte peste valoarea de basculare în starea “1” a regulatorului bipoziţional, se comandă pornirea motorului.

În schema din figura 2.2.b. reglarea presiunii de aspiraţie se face prin recircularea unei părţi din gazul comprimat. Dacă presiunea tinde să scadă sub valoarea permisă, se comandă deschiderea organului de reglare şi invers. În aceste aplicaţii se utilizează frecvent regulatoare cu acţiune directă sau regulatoare specializate cu acţiune indirectă. Presupunem că în desfăşurarea proceselor fizice, chimice şi microbiologice din reactor, presiunea p se modifică în funcţie de aportul de căldură din exterior. În aceste condiţii, într-un ciclu de funcţionare a reactorului 1, presiunea se poate modifica prin ajustarea debitului de agent termic prin mantaua 2 a reactorului.

16

3. În figura 2.3. este prezentat reglajul presiunii într-un rezervor. La intrarea in rezervor avem o presiune de intrare, la ieşirea din rezervor presiunea este Pe. Pentru siguranţa instalaţiei, rezervorul este prevăzut cu o supapă de siguranţă, supapă care are rolul de a asigura presiunea prescrisă în acel recipient.

Fig. 2.3. Reglarea presiunii Fig. 2.4. Supape de siguranţă

Câteva tipuri de regulatoare şi electroventile sunt prezentate în figura 2.5.

Regulatoare de presiune - 500 mbar, de la 3/8” la DN 150

Electroventile normal închise, cu închidere/deschidere lentă 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


18

CUM?

Metode de predare: Conversaţia; Demonstraţie; Descoperire dirijată; Lucrări practice; Simulare computerizată; Studiu de caz.

Evaluare: Frontală; Observare individuală; Referat de laborator; Miniproiect.



CU CE?


Lucrările practice pot fi executate fie la partenerii economici fie în laboratorul de automatizări. Dacă există platforme de lucru specializate se vor urmări instrucţiunile de lucru ale respectivelor platforme şi se va încuraja creativitatea elevilor pentru elaborarea de scheme noi. Dacă dotatea permite se pot realiza scheme de SRA pentru reglarea presiunii prin simulare computerizată, dacă nu se pot analiza sistemele accesibile în orice şcoală (de exemplu – controlul automat al presiunii gazelor naturale la cazane de apă caldă, etc.)

TEMA NR.3 Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a nivelului

FIŞA SUPORT 3.1. SRA pentru reglarea nivelului


Nivelul unui lichid reprezintă cota suprafeţei libere a lichidului dintro incintă şi reflectă volumul, masa unui lichid reţinut în incinta respectivă.

Nivelul se măsoară în unităţi de lungime. Valoarea lui este indicată în raport cu un nivel de referinţă. Măsurarea nivelului poate fi continuă, atunci când evaluarea măsurandului se face în permanenţă sau în puncte, atunci când se urmăreste doar atingerea unor nivele critice ale nivelului.

Metodele de măsurare pot fi directe în cazul în care se determină lungimea substanţei a cărei nivel se măsoară sau indirecte, când nivelul se determină prin intermediul unor mărimi intermediare, ca: presiunea, masa, atenuarea unei radiaţii etc. Măsurarea nivelului presupune cunoaşterea unor date suplimentare privind relaţia nivel — volum, densitate.

Aparatele pentru măsurarea nivelului se numesc nivelmetre şi pot fi: cu indicare directă, cu plutitor, cu imersor, hidrostatic, capacitive, rezistive, radioactive.

Traductoare mecanice cu plutitor

Primele traductoare cu plutitor, cunoscute şi sub denumirea de “Traductoare automate de nivel” au apărut prin anii 1930. Aceste traductoare utilizează un plutitor mare şi greu pentru a putea dezlocui suficient lichid. Deplasarea liniară a plutitorul este echilibrată, prin intermediul unui cablu, de o contragreutate. Pentru indicarea locală a nivelului este prevăzut un contor mecanic pe mantaua rezervorului. Variantele mai noi ale acestui tip de traductor au deplasarea plutitorului echilibrată, prin intermediul unei benzi perforate, de un resort. Eroarea tipică a acestui tip de traductor este de cca. 10 mm. Unul din dezavantajele majore ale traductoarelor cu plutitor este modificarea continuă şi bruscă

19

Figura 3.1 Traductoare mecanice cu plutitor Figura 3.1 Traductoare mecanice cu plutitor

a poziţiei plutitorului datorită turbulentelor lichidului din rezervor. Aceste modificări ale poziţiei, care pot fi puternice, produc o continuă accelerare şi decelerare a mecanismului traductorului, ceea ce conduce la uzura indicatorului local, a adaptorului de transmitere a indicaţiei dar şi a celorlalte componente. Aceste componente nu pot urmări mişcări şi acceleraţii bruşte. Adesea mecanismul cu roţi dinţate care acţionează indicatorul local cedează, conducând la citiri eronate şi nesincronizări. Acest fapt implică o fiabilitate scăzută a măsurătorii şi foarte multă mentenantă. Datorită interesului global de astăzi acordat prevenirii scurgerilor de produse, traductoarele mecanice nu ar mai trebui să fie utilizate. Totuşi, o mare parte din rezervoare sunt încă echipate cu aceste traductoare, datorită preţului lor scăzut.

Traductoare cu servo-mecanism

Traductoarele cu servo-mecanism reprezintă o evoluţie faţă de traductoarele cu plutitor. Ele au fost dezvoltate începând cu anii 1950. În acest caz se utilizează un imersor de dimensiuni reduse, agăţat de un fir rezistent şi flexibil, care este desfăşurat de pe un tambur. Resortul este înlocuit de un servo-motor electric care poziţionează exact plutitorul în contact cu fluidul. Principiul de funcţionare se bazează pe utilizarea unui sistem ingenios de cântărire care măsoară continuu greutatea plutitorului şi forţa arhimedică. Frecarea mecanică a servo-mecanismului şi a indicatorului local nu influenţează eroarea şi sensibilitatea acestui tip de traductor. Nici turbulenţele din rezervor nu afectează direct performanţele, deoarece există un circuit integrator al servo-mecanismului care elimină efectul variaţiilor bruşte de nivel. Acest traductor măsoară nivelul mediu chiar dacă există variaţii bruşte ale produsului din rezervor, eliminând mişcările care nu sunt necesare şi care produc uzura componentelor.

Traductorul original cu servo-mecanism nu seamănă prea mult cu versiunile moderne de astăzi. Acestea au fost perfecţionate, devenind produse mature şi fiabile care înlocuiesc treptat traductoarele mecanice, reducând mentenanţa şi îmbunătăţind rezultatele gestiunii. Traductoarele moderne cu servo-mecanism sunt inteligente, au un număr minim de componente în mişcare şi, implicit, asigură o bună precizie şi fiabilitate în timp. Ele beneficiază de o mare putere de procesare a datelor. Aceste traductoare, pe lângă faptul ca măsoară nivelul de lichid, sunt capabile să măsoare nivelul de apa (interfaţa) şi densitatea produselor din rezervoare.

Figura 3.2. Traductoare cu servo-mecanism

20

Exista praguri de alarmare exacte a nivelului, ca standard. Se pot atinge erori de măsură mai mici de 1 mm pe un domeniu de măsură de 40 m. Precizia şi fiabilitatea exceptională la măsurarea nivelului au contribuit la acceptarea acestor traductoare de către autorităţile vamale, de accizare şi de metrologie legală din multe ţări

Utilizarea metodei radar pentru măsurarea nivelului de produs din rezervoarele de stocare este foarte recentă. Traductoarele radar de nivel au fost dezvoltate la jumătatea anilor ’60 pentru navele petroliere. Majoritatea acestor nave erau echipate cu traductoare mecanice cu plutitor. Traductoarele erau utilizate doar când nava era ancorată la ţărm, pentru încărcare sau descărcare. Noile măsuri de asigurare a siguranţei pentru spălarea rezervoarelor închise în timpul cursei de întoarcere şi necesitatea de a umple spaţiul liber din rezervor cu gaz inert au făcut ca această metodă de măsurare să prevaleze. Precizia lor era mai puţin importantă pentru măsurarea nivelului din rezervoarele navelor, deoarece transferul custodiei se baza pe utilizarea traductoarelor de nivel şi a debitmetrelor certificate instalate pe uscat.

Traductoarele radar de nivel nu au componente în mişcare. Acestea utilizează doar o antenă în interiorul rezervorului. Astfel rezultă un cost foarte scăzut al mentenanţei. Deşi valoarea investiţiei este mai mare comparativ cu traductoarele cu plutitor/servo-mecanism, costul deţinerii este considerabil mai redus. Traductoarele radar utilizează microunde, în general cu frecvenţa de 10 GHz, pentru măsurarea nivelului de lichid. Distanţa parcursă este calculată din comparaţia semnalului emis cu cel reflectat. Undele electromagnetice se propagă cu o viteză apropiată de viteza luminii. Datorită nivelului mic de măsurat (tipic 1÷35 m) şi a rezoluţiei impuse, o metodă bazată pe măsurarea timpului este aproape imposibilă. Soluţia constă în măsurarea defazajului dintre semnalul emis de antenă şi cel reflectat de suprafata lichidului. În funcţie de acest defazaj se poate măsura nivelul de produs.

Astazi traductoarele radar se utilizează la măsurarea nivelului produselor din industria chimică, din rafinării, din terminale şi pentru companiile private care stochează produse petroliere. Deoarece au dimensiuni reduse şi nu au componente în mişcare aceste traductoare necesită puţină mentenanţă şi sunt foarte atractive. Spre deosebire de traductoarele mai vechi care erau dotate cu antene parabolice mari sau cu antene conice lungi, traductoarele radar moderne oferă o precizie excelentă.

Există diferite tipuri de antene potrivite fiecărui mod de instalare pe rezervor:

Figura 3.3. Traductoare Radar

21

Metoda propagării undelor în spaţiu deschis este cea mai utilizată atunci când traductorul este instalat pe un rezervor cu capac fix.

Pentru rezervoarele cu capac flotant traductorul radar poate fi instalat pe o conductă de liniştire (fig. 3.4.a 1).

Traductoarele radar pot fi utilizate şi pentru rezervoarele sub presiune (fig. 3.4.b ). O aplicaţie tipică este un rezervor de stocare GPL. Un robinet de izolare poate fi instalat pentru a separa vasul de traductor. Verificarea şi calibrarea acestuia sunt posibile îin timp ce traductorul funcţionează.

Traductoarele radar reprezintă o alegere logică şi pentru produsele foarte vîscoase, cum ar fi bitumul fierbinte, produsele poluante şi lichidele foarte turbulente (fig. 3.4.c ).

Figura 3.4. a) b) c)

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

1 sursa: DimSolve - Dimensionare instrumentatie 2 sursa: http://www.masterlevel.com/transducer.html

22

http://www.masterlevel.com/transducer.html

http://dimsolve.xhost.ro/PREchipRez.htm

Concluzii: Regulatoarele folosite pentru nivel sunt de tip P şi PI. La regulatoarele P se reduce apreciabil suprareglajul, conduce la un timp

tranzitoriu tr scurt, dar introduce o eroare staţionară mare. La regulatoarele PI se anulează eroarea staţionară la intrare treaptă, însă

apare un suprareglaj mai mare decât la regulatorul P, şi la o valoare mare a timpulul tranzitoriu tr.

3.1.2. Reglarea nivelului În general reglarea nivelului nu cere o precizie ridicată a modalităţii de menţinere a nivelului la anumite cote. Din aceasta cauză regulatoarele bipoziţionale sunt cele mai des utilizate. Depinde de instalaţia tehnologică în care se impune păstrarea nivelului şi în ce condiţii acest nivel trebuie

menţinut.

De regulă viteza de variaţie a înălţimii unui lichid într-un rezervor este proporţională cu diferenţa debitelor de intrare şi ieşire şi invers proporţională cu suprafaţa rezervorului. Acest lucru permite utilizarea unui regulator continuu de tip P.

Figura. 3.6. Reglarea nivelului: 1 – regulatoare R; 2 – electropompe; M – măsură.

23


24

CUM?

Metode de predare: Conversaţia; Demonstraţie; Descoperire dirijată, studiu de caz ; Lucrări practice.




CU CE?


Pentru punctul 3.1.1. se propune o informare şi o verificare a noţiunilor de specialitate necesare realizării unei lucrări de laborator cu tema „reglarea automată a nivelului” – verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive.

Pentru punctul 3.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezintă sisteme de reglare automată a nivelului (identificarea elementelor schemei, a mărimilor din schemă, a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizează aceeaşi schemă sau scheme diferite şi prezintă concluziile analizei.

În unităţile economice partenere unde dotarea permite se pot efectua studii de caz pe diferite sisteme de reglare a nivelului.

FIŞA SUPORT 3.2. Exemple de SRA a nivelului cu structură evoluată Schemele cele mai utilizate pentru reglarea automată a nivelului sunt date în figura 3.7.a şi 3.7.b. Dacă acţiunea perturbatoare este variaţia debitului de ieşire, organul de reglare se montează pe conducta de intrare (fig. 3.7.a). Dacă acţiunea perturbatoare este variaţia debitului de intrare, organul de reglare se montează pe conducta de ieşire (fig. 3. 7.b). Cele mai utilizate

sisteme de reglare sunt cele cu acţiune continuă (regulator de tip PI sau P), precum şi sistemele de reglare bipoziţionale.

La recipientele sub presiune, variaţia nivelului se poate produce datorită variaţiilor bruşte ale presiunii. În aceste situaţii este recomandabilă utilizarea schemei de reglare automată din fig. 3.7.c.

În această schemă există o buclă de reglare a debitului de evacuare, formată din traductorul de debit Tr2, regulatorul R2 şi elementul de execuţie EE. Mărimea de intrare pentru regulatorul R2 este dată de regulatorul de nivel R1, pe baza informaţiilor primite de la traductorul de nivel Tr1 şi de la elementul de referinţă Rf.

Figura. 3.7. Reglarea automată a nivelului.Dacă presiunea p creşte brusc, debitul de evacuare tinde să crească. În consecinţă,

regulatorul de debit reacţionează imediat, dând comanda de micşorare a debitului de evacuare, înainte ca nivelul să varieze în mod substanţial. Dacă perturbaţia constă într-o creştere a debitului de intrare, regulatorul de nivel R1 impune o mărime de intrare mai mare la regulatorul de debit R2. În acest fel, bucla de reglare a debitului realizează creşterea impusă a debitului de evacuare, astfel încât nivelul să se stabilească la valoarea prescrisă. Un asemenea sistem de reglare automată, în care o buclă principală subordonează o buclă de reglare interioară, se numeşte sistem de reglare în cascadă.

Fig. 3.8. Reglarea nivelului de lichid într-un rezervor.

25


26

CUM?

Metode de predare: Conversaţia; Demonstraţie; Documentare; Descoperire dirijată; Lucrări practice.




CU CE?

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

Lucrările practice pot fi executate fie la partenerii economici fie în laboratorul de automatizări. Dacă există platforme de lucru specializate se vor urmări instrucţiunile de lucru ale respectivelor platforme şi se va încuraja creativitatea elevilor pentru elaborarea de scheme noi. Dacă dotatea permite se pot realiza scheme de SRA pentru reglarea nivelului prin simulare computerizată, dacă nu se pot analiza sistemele accesibile în orice şcoală (de exemplu – controlul automat al nivelului apei, controlul automat al nivelului de zgomot, ascensoare, etc.)

TEMA NR.4. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a debitului

FIŞA SUPORT 4.1. SRA pentru reglarea debitului


Măsurarea debitului este legată de curgerea unui fluid. Dacă curgerea este constantă în funcţie de timp, ea se numeşte curgere laminară, iar dacă este variabilă în timp este curgere turbulentă.

Curgerea este caracterizată prin viteza de curgere sau debitul. Debitul poate fi: debit volumic Qv dacă se defineşte ca fiind volumul ce trece printro sectiune S a

conductei în unitatea de timp:

Qv = V/t = u · S [m3/s, m3/h, l/s etc.]

debit masic Qm - reprezentând masa fluidului ce trece prin secţiunea conductei în unitatea de timp:

Qm = m/t = ρ·u·S = ρ·Qv [Kg/s, Kg/h], unde ρ este densitatea fluidului.

Atât Ia măsurarea vitezei, cât şi a debitului prezintă importanţă caracteristicile lichidului: caracterul curgerii, vâscozitatea, transparenţa, temperatura, conţinutul de impurităţi, existenta suspensiilor etc., caracteristici ce stabilesc metoda de măsurare.Măsurarea debitului fluidelor se poate realiza ca urmare a modificării curgerii prin intermediul unui corp fizic sau prin intermediul unor fenomene care sunt influenţate de curgere.

Funcţionarea debitmetrelor cu strangulare se bazează pe legea lui Bernoulli privind curgerea lichidelor

Principiul de funcionare a debitmetrelor cu strangulare fixă rezultă din figura 4.1. Prin conducta de secţiune A1 circulă un fluid cu viteza u1; conducta este prevăzută cu o strangulare de arie A2, în care viteza fluidului este u2.

27

Figura 4.1. Debitmetrul cu strangulare

(strangulare fixă sau variabilă)

Cele mai răspândite tipuri de dispozitive de strangulare sunt diafragma, duza şi tubul Venturi (fig. 4.2).

Diferenţa de presiune p1 — p2, numită şi cădere de presiune reziduală, este maximă pentru diafragme şi minimă pentru tuburile Venturi, însă ultimele perturbă mai puţin procesul de curgere.

Toate traductoarele folosite Ia debitmetrele cu strangulare variabilă sunt construite astfel încât păstrează constantă căderea de presiune prin intermediul unui plonjor ce se poate deplasa în interiorul fluidului. 0 variantă a acestui tip de traductor o reprezintă rotametrul.

Rotametrele sunt aparate utilizate pentru măsurarea debitului lichidelor şi gazelor pe baza deplasării unui plutitor în interiorul unui tub tronconic gradat, dispus vertical cu

Figura 4.2. Dispozitive de strangulare

a) Diafragmă b) Duză c) Tub Venturi

Figura 4.3. Rotametrul

28

secţiunea mică jos, prin care circulă fluidul de măsurat. Rotametrul este un debitmetru cu diferenţa constantă de presiune şi plutitor rotativ. Se utilizează mult în medicină, laboratoare, industria alimentară, dar în special în industria petrochimicăşi oriunde trebuie controlate continuu debitele de lichide sau qaze.Componentele rotametrulul (fig. 4.3) sunt tubul tronconic şi plutitorul (flotorul, imersorul). Plonjorul este plasat întrun tub de formă conică prin care circulă fluidul al cărui debit se măsoară. Asupra lui va acţiona, în afara greutăţii G şi a forţei arhimedice Fa, o forţă dinamică ascensională Fas care este proporţională cu pătratul vitezei de curgere u.

Debitmetrele electromagnetice măsoară viteza de deplasare a fluidelorbune conducătoare de electricitate, principiul lor de funcţionare bazându-se pe legea inducţiei.

Figura 4.4. Debitmetrul electromagnetic 3

Debitmetru electromagnetic prezentat în figura 4.4. masoară debite şi volume conducătoare de curent electric. Aceste debitmetre nu conţin piese mecanice în mişcare, astfel lichidul nu va lovi nici o obstrucţie în timp ce curge. Aceasta permite evitarea posibilelor daune provocate de elemente solide în lichid. Partea internă a senzorului de măsurare este izolată electric. Lichidul prelucrat nu este niciodată în contact cu materialul senzorului sau cu materialul flanşei (aceasta permite măsurarea oricarui tip de lichid compatibil cu garnitura internă). Posibilitatea de instalare în aproape fiecare poziţie împreună cu pierderea de presiune extrem de joasă, face utilizarea acestui model potrivită pentru cele mai diverse sectoare: chimic, hârtie, industria alimentară şi hidraulică.

Contoarele sunt debitmetre utilizate pentru măsurarea volumului de lichid.Contoarele pentru apă potabilă se numesc apometre şi pot fi:

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

29

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

contoare volumetrice; contoare de viteză.

Contoarele volumetrice măsoară direct debitele de apă prin umplerea şi golirea succesivă a unor compartimente ale aparatului de capacitate determinată. Dispozitivul de înregistrare a aparatului indică volumul de apă după fiecare fază de umplere şi golire.

Contoarele de viteză: - Se utilizează pentru nevoile casnice şi măsoară volumul de apă ce trece prin

aparat, funcţie de viteza apei.- Citirea apometrelor: apometrul din prima figură înregistrează consumul de

apă, care se citeşte pe ecran. Apometrul din figura a doua indică consumul de apă, iar citirea se face însumând indicaţiile de pe ecran.

Figura 4.6. Contoare de viteză (apometre)4

4 sursa: Măsurarea debitului

Figura 4.5. Contoare volumetrice

30

http://www.didactic.ro/files/13/20m_surareadebitului.ppt

4.1.2.Reglarea debitului

1. În figura 4.7. este reprezentat un proces tehnologic în care trebuie să se asigure un debit Ia presiunea p1 întrun recipient R şi un altul a presiunea p2 diferită de p1, la ieşirea instalaţiei. Cu cât diferenţa dintre presiuni este mai

mare, cu atât regliarea se poate realiza mai uşor şi performanţele sunt mai ridicate.

Figura 4.7. reglarea debitului

Regulatoarele folosite sunt de tip PI, datorită capacitaţii lui de a anula eroarea staIionară Ia intrare treaptă.

Debitul Ia presiunea p2, obţinut Ia ieşirea din pompa centrifugä PC, este reglat de regulatorul automat RA care acţionează ventilul reglabil (robinetul) r. Referinţa este i0 = q0. Măsurarea parametrului reglat, debitul Q, Ia ieşire, Ia presiunea p4 este realizată de debitmetrul D. Se obţine o reglare bună cu cât căderea de presiune ∆p = p2 — p1 este mai mare.

Schemele de reglarea automată a debitului fluidelor în conducte se aleg în funcţie de modul de alimentare a conductelor.

2. Atunci când se utilizează pompe centrifuge sau când alimentarea conductelor se face prin cădere liberă sau de la un recipient sub presiune, schema utilizată este cea din figura 4.8.

Se remarcă faptul că organul de reglare este montat chiar pe conducta în care se reglează debitul. Organul de reglare este astfel comandat de regulator, prin intermediul elementului de execuţie, încât prin ajustarea rezistenţei hidraulice pe care o introduce în circuitul fluidului, debitul prin conductă să se păstreze la o valoare prescrisă. Cele mai utilizate sisteme de reglare automată de acest fel sunt sistemele cu acţiune continuă, cu regulator PI.

DRA

P1

P2

m

Debitul QP3 P4r

i0=q0

PC

31

Dacă alimentarea conductei se face de la o pompă cu debit constant, utilizarea unui organ de reglare pe conductă, ca în schema din figura 4.8.a, nu permite ajustarea debitului, în scopul obţinerii unei valori dorite a acestuia. În acest caz, ajustarea la valoarea prescrisă a debitului în conductă se poate face prin recircularea unei părţi din fluidul de la ieşirea pompei. Schema bloc a sistemului de reglare automată este dată în figura 4.8.b. Dacă traductorul sesizează o creştere a debitului faţă de valoarea prescrisă, regulatorul E comandă mărirea debitului recirculat, astfel încât debitul prin conducta pe care este montat traductorul să revină la valoarea impusă.

a) b)Fig. 4.8. Reglarea debitului

32


33

CUM? Metode de predare:

Conversaţia; Demonstraţie; Documentare; Descoperire dirijată; Lucrări practice.

Evaluare: Frontală; Observare individuală; Fişe de evaluare; Referat de laborator (lucrări practice sau scheme simulate pe calculator; Miniproiect.



CU CE?

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

Pentru punctul 4.1.1. se propune o informare şi o verificare a noţiunilor de specialitate necesare realizării unei lucrări de laborator cu tema „reglarea automată a debitului” – verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive.

Pentru punctul 4.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezintă sisteme de reglare automată a debitului (identificarea elementelor schemei, a mărimilor din schemă, a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizează aceeaşi schemă sau scheme diferite şi prezintă concluziile analizei.

Lucrările practice pot fi executate fie la partenerii economici fie în laboratorul de automatizări. Dacă există platforme de lucru specializate (echipamente pneumatice) se vor urmări instrucţiunile de lucru ale respectivelor platforme şi se va încuraja creativitatea elevilor pentru elaborarea de scheme noi. Dacă dotatea permite se pot realiza scheme de SRA pentru reglarea debitului prin simulare computerizată, dacă nu se pot analiza sistemele accesibile în orice şcoală (de exemplu – automate de cafea, etc.)

În unităţile economice partenere unde dotarea permite se pot efectua studii de caz pe diferite sisteme de reglare a debitului.

TEMA NR.5. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a umidităţii

FIŞA SUPORT 5.1. SRA pentru reglarea umidităţii

5.1.1.Actualizarea cunoştinţelor necesare parcurgerii temei

„Condensul este o dovadă indirectă de existenţă a unei umidităţi ridicate !!!” 5

Umiditatea este cantitatea de vapori de apă conţinută într-un eşantion de aer. Există trei moduri de a exprima umiditatea: umiditatea absolută, umiditatea relativă şi umiditatea specifică.

Modificările suferite de mărfuri datorită variaţiei umidităţii aerului sunt extrem de variate, putând afecta aproape orice categorie de produse. Un efect foarte important al creşterii umidităţii aerului este sporirea masei produselor higroscopice, în timp ce scăderea umidităţii aerului va antrena o pierdere de masă din partea produselor higroscopice (la fructe şi legume, dar şi la fibre textile).

Se consideră că la o presiune normală şi la temperatura de 20oC, cantitatea de vapori de apă este maxim 17,5 g/m3, această valoare reprezentând umiditatea absolută a mediului ambiant (în condiţiile de climă specifice ţării noastre). În ceea ce priveşte umiditatea relativă a mediului ambiant, aceasta poate lua valori între 63 şi 67 %. Tot în contextul umidităţii aerului se determină şi punctul de rouă, adică temperatura la care saturarea aerului cu vapori de apă atinge punctul maxim, urmarea fiind apariţia condensului (picături fine de apă) la suprafaţa unor produse.

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

34

Din punctul de vedere al afinităţii faţă de vaporii de apă, produsele pot fi mai mult sau mai puţin higroscopice. Produsele pulverulente şi granulare higroscopice (materiale de construcţii, detergenţi, făinuri vegetale, cafea măcinată etc.) pot suferi aglomerări sub formă de bulgări, unele cu urmări ireversibile, datorită legării chimice a apei. Fibrele textile - mai ales cele naturale – sunt foarte sensibile la variaţiile umidităţii, fiind remarcate variaţii dimensionale importante, concomitent cu afectarea principalelor proprietăţi mecanice. Scăderea umidităţii aerului din spaţiul de depozitare afectează produsele din lemn, remarcându-se apariţia unor contrageri (crăpături de uscare) pe suprafaţa produselor din lemn, dezlipirea furnirelor etc.

Factorii de mediu ai spaţiilor de depozitare care contribuie la o buna păstrare a mărfurilor alimentare sunt: temperatura, umiditatea şi compoziţia aerului, circulaţia aerului, lumina solară şi alte radiaţii la care pot fi expuse produsele. Orice fluctuaţie de temperatură influenţează negativ umiditatea de echilibru a unor produse alimentare, deoarece prin contact cu mediul înconjurător, între apa din alimente şi umiditatea mediului înconjurător apare un transfer, având drept consecinţă uscarea sau umectarea produselor, deci, se poate spune că acţionează direct asupra stabilităţii şi calităţii lor în timpul depozitării. Determinarea cantităţii de vapori din atmosferă prezintă o importanţă practică deosebită. De cantitatea de vapori aflată într-o unitate de volum (1 m3) de aer atmosferic, depind o serie întreagă de fenomene, cum ar fi viteza de evaporare a apei, formarea ceţii, norilor etc., fenomene studiate de meteorologie.Higrometria se ocupă cu măsurarea cantităţii de vapori de apădin atmosferă.Aceste măsurători se pot face pe două căi:

Se măsoară masa m a vaporilor de apă conţinuţi într-un volum dat V de aer atmosferic;

Se determină presiunea actuală pv a vaporilor de apă din atmosferă.Aparatele pentru măsurarea umidităţii atmosferice, numite higrometre, se împart în mai multe categorii după fenomenele pe care se bazează:

1. Higrometrele cu fir de păr se bazează pe proprietatea părului degresat de a se lungi când absoarbe vapori de apă.

Fig.5.1. Higrometru cu fir de păr 6

Higrometrele cu fir de păr (Fig.5.1) sunt aparate care indică direct valoarea umiditatii aerului la un moment dat. Se bazează pe principiul modificării lungimii unui material higroscopic (fir de păr degresat), în funcţie de variaţiile umidităţii aerului. Modificările lungimii firului de păr sunt transmise printr-un resort la un ac indicator, care se deplasează în faţa unui cadran etalonat în valori ale umidităţii relative a aerului, de la 0....100%.

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

35

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

2. Higrometrele chimice sunt bazate pe absorbţia vaporilor de apă dintr-un volum cunoscut de aer, cu ajutorul unor substanţe chimice.

3. Higrometrele de condensare (Higrometrul Aluard, fig.5.2) se bazează pe determinarea punctului de rouă (de aburire). Răcind un corp în atmosferă, el se va aburi la temperatura pentru care presiunea valorilor saturaţi este egală cu presiunea actuală a vaporilor de apă.

Higrometrul Aluard este alcătuit dintr-un rezervor metalic A în jurul căruia se află o placă metalică B. Atât suprafaţa rezervorului A cât şi a plăcii B sunt lustruite identic pentru ca prin diferenţa de reflexie a luminii să se poată observa cea mai mică aburire. Rezervorul are la partea superioară o pâlnie P pe unde se toarnă eterul, un termometru T şi două tuburi cu robinetele r1 şi r2 , unul la stânga şi altul la dreapta. Prin tubul din dreapta suflăm aer ca să mărim viteza de evaporare a eterului şi astfel temperatura lui să scadă. Tubul al doilea serveşte pentru ieşirea vaporilor de eter.

4. Psihrometrele sunt bazate pe viteza de evaporare a apei care depinde de deficitul higrometric.

www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr07

1- bulb uscat de temperatura, 2- bulb umed de temperatura, 3- capat imbracat, 4- tub conectat la aspiratia ventilatorului.

T

AB

P

Fig.5.2. Higrometrul Aluard

r2r1

Fig.5.3.Psichrometrul cu aspiraţie Assmann

36

http://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr07

Aparatul este constituit din două termometre, unul obişnuit, denumit termometrul uscat şi altul, termometrul umed, având rezervorul acoperit cu o pânză subţire, tifon de obicei, umezită cu apă distilată. Întrucât viteza de evaporare a apei de pe tifon, deci intensitatea răcirii, variază cu viteza de ventilaţie, dar tinde către o valoare limită pentru viteza de ventilaţie superioare valorii de 2,5 m/s, psihrometrul de faţă (de tip Assmann) este prevăzut în partea superioară cu un aspirator cu arc (morişca psihrometrului). Aspiratorul asigură viteza de ventilaţie necesară pentru ambele termometre. Rezervoarele termometrului sunt protejate radiativ de câte două ecrane metalice cilindrice care reduc la minimum influenţa alteratoare a câmpului radiativ exterior. Pentru udarea tifonului de pe termometrul umed se utilizează un mic tub de sticlă continuat cu o pară de cauciuc prevăzută cu o clamă de oprire la nivelul dorit. Pentru fixare se utilizează uneori un cui lung cu agăţătoare specială. În contra efectului vântului care împiedică evacuarea aerului din morişca aspiratoare se utilizează un ecran metalic semicircular care se adaptează la orificiul aspiratorului în direcţia de unde bate vântul.

5. Higrografele (fig.5.4) au acelaşi principiu de funcţionare ca al higrometrelor, înregistrând, pe o hârtie special etalonată, variaţiile umidităţii relative a aerului pe timp de o saptamână. Acest lucru este posibil datorită mişcării de rotaţie constantă a unui cilindru acţionat de un mecanism de ceasornic, pe care se află înfăşurată hârtia de înregistrare.

Figura 5.4.Termohigrografe - Inregistratoare grafice de temperatură şi/sau umiditate pentru camere frigorifice şi depozite agro-alimentare / până la -40°C. 7

Unele higrografe sunt prevăzute şi cu un termograf şi în acest caz poartă denumirea de termohigrografe, care permit înregistrarea simultană a umidităţii şi temperaturii. În depozitele ultramoderne există aparate mai complexe, ca de exemplu traductoare pe bază de săruri de clorură de litiu, care funcţionează pe principiul măsurării unor parametri ai produselor higroscopice, având la bază temperatura de echilibru a acestora.

Tester pentru măsurarea umidităţii unui amestec apa-ciment, mixtură din sol, nisip, argilă, agregate, beton, ciment şi alte materiale granulare, carbura de calciu ..etc./

Tester Automat de umiditate a lemnului Acest instrument calculează valoarea umidităţii realizând automat corectia erorilor prin intermediul unui computer incorporat. În plus, întrucat domeniul de măsurare al unităţii este între 2 … 150%, se poate folosi unitatea pentru a măsura umiditatea mai multor tipuri de lemn/placaj.

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

37

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

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


UMIDOMETRU / tester electronic rapid cu afişaj digital, cu corecţie automată a temperaturii, programat pentru analiza de grâu, secara, orz, ovăz, rapiţă, porumb, fasole, seminţe de floarea soarelui, seminţe de soia, mazăre, secară albă, orez.. etc.

Senzor pentru Umiditatea Solurilor• Pentru monitorizarea şi înregistrarea umidităţii solurilor.. rapid si precis, include şi funcţii de "data logger" (stocare date).

Staţie de monitorizare pentru umiditatea solurilor• Pentru monitorizarea şiîinregistrarea umidităţii solurilor în mai multe locaţii, cu funcţii de "data logger" (stocare date)• statie cu 8 canale cu funcţie se poate folosi pentru măsurarea umidităţii solurilor, monitorizarea mai multor senzori şi pentru analize de microclimat şi de teren.

Soil Tester pentru umiditatea soluluiPentru estimarea umidităţii solului rapid şi ieftin

Umidometru pentru textile

Umidometru pentru hârtie Destinat măsurării umidităţii absolute în hârtie sau carton, sau a abrazivului pe suport de hârtie, prin măsurarea conductivităţii electrice.

Higrometru portabil digital pentru determinarea umidităţii şi punctului de rouă în gaze industriale şi /sau explozive8

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

38




5.1.2.Reglarea umidităţiiReglarea umidităţii se realizează în aproape toate domeniile de activitate

economică şi în situaţia sistemelor de aer condiţionat pentru confort.Pentru realizarea calculelor termice ale circuitelor frigorifice reale se poate

utiliza produsul informatic CoolPack, realizat la Universitatea Tehnică din Danemarca (DTU), program care poate fi descărcat gratuit la adresa: www.et.dtu.dk/CoolPack şi poate fi rulat sub următoarele sisteme de operare:

Windows 95 Windows 98 Windows 2000 Professional

Programul are şase module: - analiza ciclurilor, - proiectare, - evaluare, - auxiliar, - dinamică

şi permite realizarea calculelor pentru: - subrăcirea în condensator şi supraîncălzirea în vaporizator- supraîncălzirea pe conducta de aspiraţie şi refulare- schimbul intern de căldură- condiţii de funcţionare a compresorului.Pentru exemplificare pot fi prezentate diferite tipuri şi modele de purificatoare şi

umidificatoare de aer.Simularea funcţionării unui sistem de reglare automată a umidităţii poate fi realizată

şi asociind un senzor de umiditate cu o schemă de acţionare electropneumatică în programul Fluidsim (adresa: www.festo-didactic.com )

Figura 5.5. schema electropneumatică a regulatorului de umiditate

39

http://www.festo-didactic.com/

http://www.et.dtu.dk/CoolPack

Circuitul electro-pneumatic este format dintun compresor care produce presiunea de aer necesară circuitului pneumatic. Circuitul conţine două pistoane pneumatice utilizate pentru acţionarea unor valve dintro instalaţie tehnologică. Pistoanele sunt comandate de două distribuitoare care permit comutarea circuitelor pneumatice. Distribuitoarele sunt acţionate cu ajutorul a două bobine din circuitul electric. Circuitul electric este format dintrun releu 1 care este pus sub tensiune prin intermediul uni buton de pornire şi scos de sub tensiune prin intermediul unui buton de oprire. Butonul de pronire este prevăzut cu un contact de automenţinere pentru a menţine releul 1 sub tensiune şi după ce butonul de pornire a fost eliberat dar numai pană când butonul de oprire este acţionat. Circuitul mai conţine bobinele distribuitoarelor care sunt acţionate de către senzorul de umiditate.

Figura 5.6. Schema electronică

Elementul sensibil este realizat din două conductoare de cupru dispuse pe o placă de cablaj imprimat, împreună cu R1 şi R2 rezistenţa de contact a elementului sensibil formează divizorul de tensiune pentru polarizarea bazei lui T3. Curentul de colector al tranzistorului T3 reprezintă abaterea (semnalul de eroare) care este amplificat de T2.

Circuitul integrat 4011 din schemă simulează regulatorul automat care comandă elementul de execuţie format dintrun releu electromagnetic. Poarta A din circuitul integrat IC2 lucrează ca un Trigger -Schmitt transformând semnalul de la colectorul lui T2 în semnal digital (0 şi 1). Acest semnal este aplicat la intarea porţii B care lucrează pe post de inversor. La ieşirea porţii B avem semnal 1 logic când elementul sensibil sesizează umiditate respectiv 0 logic când elementul sensibil nu sesizează umiditate. Semnalul de la

40

ieşirea porţii B este aplicat prin intermediul rezistorului R7 pe baza tranzistorului T1, care cuplează în circuit bobina releul K1 respectiv dioda electroluminoscentă LED1. La conectarea bobinei releului K1, acesta comută contactul P1 din poziţia Q1 în poziţia S1 închinzând şi descinzând circuite electrice. Circuitul este prevăzut cu un stabilizator de tensiune format din circuitul integrat IC1 şi două condensatoare pentru filtraj pe intrarea şi ieşirea lui. Alimentarea se realizează cu o tensiune cuprinsă între 6 şi 18 V.

Figura 5.7. montajul pentru reglarea automată a umidităţii

41


CUM? Metode de predare:

Conversaţia; Documentare; Descoperire dirijată; Lucrări practice sau simulare computerizată.

Evaluare: Frontală; Observare individuală; Fişe de evaluare; Referat de laborator;



CU CE?

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

Pentru punctul 5.1.1. se propune o informare şi o verificare a noţiunilor de specialitate necesare realizării unei lucrări de laborator cu tema „reglarea automată a umidităţii” – verificare care se poate realiza prin diverse metode didactice interactive.

Pentru punctul 5.1.2. se propune analiza unor scheme ce reprezintă sisteme de reglare automată a umidităţii (identificarea elementelor schemei, a mărimilor din schemă, a tipului de SRA reprezentat, etc.). Se poate lucra pe grupe de elevi care analizează aceeaşi schemă sau scheme diferite şi prezintă concluziile analizei.

Lucrările practice pot fi executate fie la partenerii economici fie în laboratorul de automatizări. În lipsa unor standuri de lucru specializate în laborator, pot fi concepute o diverse scheme de reglare a umidităţii (ca în exemplul dat) prin combinarea schemelor electronice cu cele electropneumatice sau numai cu scheme electronice.

În unităţile economice partenere unde dotarea permite se poate efectua studiu de caz pe diferite sisteme de reglare a umidităţii.

42

TEMA NR.6. SRA în cascadă

6.1.1.Actualizarea cunoştinţelor necesare parcurgerii temei

SRA în cascadă sunt sisteme de reglare automată cu mai multe bucle de reglare. În cazul în care mărimile perturbatoare pot fi măsurate, funcţia de reglare se poate realiza prin eleborarea unor comenzi în funcţie de perturbaţie, rezultă un SRA cu acţiune directă.

Dacă se realizează atât compensarea influenţei perturbaţiei cât şi realizarea funcţiei de reglare în raport cu mărimea/mărimile de referinţă rezultă o structură de sistem de reglare combinată (figura 6.1.).

Această structură permite realizarea funcţiei de reglare pe baza analizei făcute de regulatorul R1 asupra mărimii de eroare ε şi de regulatorul R2 asupra perturbaţiei v sesizate de traductorul T.

Sistemele de reglare în cascadă au o largă aplicabilitate în practică, în figura 6.2 este reprezentată schema de conexiune a elementelor unui astfel de sistem

43

Se poate alcătui o structură de reglare în cascadă folosind un număr de regulatoare egal cu numărul variabilelor măsurate din procesul tehnologic pentru că întreg procesul poate fi descompus în subprocese interconectate cauzal, cu variabile accesibile măsurării.

În situaţia prezentată în figura 6.2. cele două subprocese sunt conectate cauzal, mărimea de execuţie (unică - m ) determinând cauzal evoluţia variabilei intermediare z1, care la rîndul ei, determină cauzal evoluţia variabilei de ieşire a procesului. Regulatorul RA1 este destinat reglării variabilei z1 şi compensării acţiunii perturbaţiei v1, iar regulatorul principal RA2 are rolul de a asigura realizarea funcţiei de reglare în raport cu referina yr, furnizând în acest scop referinţa pentru regulatorul secundar RA1. Cele două regulatoare din cadrul acestei structuri funcţionează în regim de urmărire.

Regulatoarele tipizate nu pot asigura decât eliminarea a cel mult două constante de timp importante, regulatorul tipizat cu funcţlia de transfer cea mai complicată fiind regulatorul PID. In cazul în care se doreşte eliminarea mai multor constante de timp ar fi nevoie de un regulator cu o structură mai complicată decât a regulatorului PID. Dacă ar fi regulatoare cu structuri mai complicate ar apărea dezavantajul amplificării zgomotelor suprapuse peste semnalul util de Ia intrarea regulatorulul. De aceea, in practică nu se adoptă pentru regulatoarele tipizate structuri şi legi de reglare mai complicate decât ale regulatorulul PID, recurgându-se Ia o complicare a schemei de reglare, realizată cu elemente tipizate.

In cazul reglării în cascadă se folosesc de asemenea mai multe regulatoare tipizate, însă totodată partea fixă a sistemului este împărţită în mai multe porţiuni între care se transmit anumite mărimi intermediare: fiecare mărime intermediară este reglată de un regulator tipizat suplimentar, regulatorul destinat mărimii de ieşire a sistemului existând ca în orice sistem de reglare.

Cel mai important avantaj al reglării în cascadă constă în faptul că o asemenea reglare simultană a mai multor mărimi din cadrul instalaţiei tehnologice conduce Ia o reducere însemnată a duratei procesului de reglare, îndeosebi dacă mărimile intermediare răspund mai repede decât mărimea de ieşire Ia perturbările care acţionează asupra instalaţiei tehnologice. La reglarea în cascadă, trebuie să se ţină cont de rapiditatea cu care diversele mărimi din cadrul instalaţiei tehnologice răspund Ia perturbări. Mărimile intermediare trebuie alese şi din considerente tehnice, legate de posibilitatea instalării traductoarelor pentru măsurarea mărimilor respective spre a fi transmise regulatoarelor suplimentare.

Un alt avantaj important al reglării In cascadă este reprezentat de posibilitatea limitării simultane a variaţiilor mărimilor intermediare.

Dezavantajele structurilor de reglare în cascadă sunt determinate de alegerea şi acordarea optimă a regulatoarelor, deoareace regulatoarele buclelor interioare au referinţeIe fixate de către un alt regulator.

44

6.1.2. Sisteme de reglare automată în cascadă

Exemple de SRA în cascadă 9

1. Nivelul se reglează în procese de umplere-golire, iar sistemul de reglare automată pentru nivel SRA-L, este reprezentat convenţional ca în figura 6.3.

Astfel, se calculează modelul dinamic al procesului de umplere-golire la un rezervor cu secţiune constantâ S, alimentat cu debitul Fa , din care se extrage debitul Fe.

unde:L – nivelul de lichid din rezervor;Fa – debitul de alimentare;Fe – debitul de evacuare;L0 – valoarea prescrisă pentru nivel.

Se consideră doua cazuri posibile:a) evacuarea la debit constant, Fe= ct;b) evacuarea la debit variabil, în funcţie de nivelul din rezervor, Fe(L).

Estimarea parametrilor acestui model se bazează pe ecuaţia de conservare a cantităţilor de fluid care se vehiculeazâ în proces.

2. Reglarea în cascadă este mai eficientă dacă bucla secundară de debit este mult mai rapidă decât bucla principală de nivel (timpul de răspuns al SRA pentru debit se propune de circa zece ori mai mic decât timpul de răspuns al SRA pentru nivel, în faza de proiectare a structurii de cascadă). Dacă se respectă aceasta cerinţă, perturbaţiile datorate modificării debitului de fluid sunt anihilate de bucla secundară şi nu mai pot modifica mărimea principală reglată, care este nivelul L.

9 sursa: Sisteme Conventionale Pentru Reglarea Proceselor Continue

Figura 6.3. SRA pentru

nivel

Figura 6.4. Reglare de nivel în cascadă cu debit

45

http://kinder.lx.ro/download/dl.php?id=2181

3. O implementare cu aparatura electronica cu semnal unificat de curent (4-20 mA) este dată în figura 6.5. pentru o structură de reglare in cascadă. Se poate constata conexiunea caracteristică de cascadă, prin care regulatorul din bucla principală de nivel prescrie referinţa regulatorului din bucla secundară de debit (comanda primului regulator devine mărime de referinţă pentru cel de al doilea regulator).

Rezultă deci, că această structură cu preţul unui efort al costului datorat traductorului de debit şi regulatorului din bucla secundară, oferă un regim dinamic superior, fiind robustă la perturbaţiile datorate modificărilor arbitrare ale debitului de alimentare.

Figura 6.5. SRA (cascadă) pentru nivel cu

aparatura cu semnal unificat de curent

4. În figura 6.6. este exemplificată o implementare cu aparatura ce foloseşte semnal unificat de curent (4-20mA) pentru structura uzuală de reglare în cascadă a temperaturii cu debitul de agent termic.

46

Figura 6.6. Implementare

SRA in cascada pentru

temperatura-debit,

cu aparatura cu semnal unificat

de curent

5. Măsurarea debitului şi a presiunii

Fig. 6.7. Măsurarea debitului şi a presiunii.

47


CUM?

Metode de predare: Conversaţia; Demonstraţie; Documentare; Descoperire dirijată; Lucrări practice, studiu de caz.

Evaluare: Frontală; Fişe de evaluare; Referat de laborator; Miniproiect.



CU CE?


Tema presupune analiza schemelor de reglare automată cu structură evoluată şi se pretează a fi realizată în colaborare cu acei parteneri economici cu care există încheiate parteneriate de practică şi unde se poate face studiu de caz, eventual urmat de eleborarea unui miniproiect de către elevii care au lucrat întro grupă.

48

TEMA NR.7. Automate programabile

FIŞA SUPORT 7.1. Automate programabile

Automatele programabile pot fi definite ca nişte echipamente dedicate, cu rol în achiziţia de date, comandă şi reglare, utilizate frecvent în automatizările industriale.

Automatele programabile sunt structuri destinate conducerii proceselor industriale Ia realizarea cărora s-a urmărit eliminarea în cât mai mare măsură a structurilor logice cablate şi înlocuirea acestora cu structuri logice programabile, cum ar fi: memoriile semiconductoare, reţelele logice programate, microprocesoarele şi circuitele specializate programabile, compatibile cu acestea.

Datorită utilizării ei în aplicaţii industriale, o configuraţie de automate programabile conţine în secţiunea dedicată apIicaţiei o zonă de interfaţă realizată cu circuite de tip multiplexare/demultiplexare, memorare, separare galvanică şi circuite pentru nivelul de semnal. Pe de altă parte, structurile de automat programabil asociază configuraţiei de conducere o interfaţă de dialog cu operatorul, permiţându-i acestuia configurarea regimurilor de lucru şi intervenţii în situaţii speciale.

Există mai multe criterii de clasificare a automatelor programabile. Cel mai utilizat este cel al dimensiunii magistralei de date. După acest criteriu, automatele programabile se clasifică în:

• Automate programabile cu programare Ia nivel de bit, Ia care magistrala de date are capacitatea de un bit, iar prelucrarea se efectueazã asupra unor operanzi de un bit;

• Automate programabile cu prelucrare a informaţiei Ia nivel de cuvânt, care efectuează prelucrăari logice şi aritmetice asupra unor operanzi de “n” biţi, unde n ≥ 8. Magistrala de date e dimensionată corespunzător.

• Automate programabile mixte, care conţin două unităţi aritmetico - logice ce pot lucra cu operanzi de un bit sau de un cuvânt (n biti).

Automatele programabile cu prelucrare Ia nivel de bit implementează structuri complete de automate finite permiţând o serie de extensii funcţionaIe de tipul: calcul aritmetic; temponizări; contorizări.

Rezultă că automatele programabile de acest tip îndeplinesc sarcini de conducere proprii echipamentelor de comandă discretă a proceselor industriale, permiţând detectarea schimbărilor valorilor unor semnale furnizate de elemente de tipul: butoane cu menţinere, butoane cu autorevenire, comutatoare basculante, limitatoare de cursă, etc. şi prelucrarea informaţiilor furnizate de aceste elemente pe baza unui program înscris întro memorie în vederea emiterii semnalelor de ieşire care comandă elemente de tipul: contactoarelor, releelor, electroventilelor, elementelor de semnalizare etc.

Structura minimală a unui sistem de conducere a proceselor cu automate programabile cu prelucrări Ia nivel de bit este formată din trei unităti de bază:

1. Procesorul central de prelucrare logică a programului rezident în memoriaprogram.

2. Modulele de intrare-ieşire ce realizează cuplarea cu procesul condus.3. Consola de programare ce permite configurarea sistemului de conducere.

49


CUM?

Metode de predare: Conversaţia; Documentare; Lucrări practice sau simulare computerizată.

Evaluare: Frontală; Observare individuală; Referat de laborator;



CU CE?

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

Automatele programabile au fost prezentate în modulul cu acelaşi nume. Pentru documentare se pot utiliza materialele şi programele propuse în materialele elaborate pentru modulul “Automate programabile” (materiale de predare şi de învăţare).

Pentru lucrarea practică se propune lucrul în echipă acolo unde dotatrea o permite sau miniproiect.

50

Bibliografie:

1 Borangiu Th., Dobrescu R.

Automate programabile Editura Matrix Rom, Bucureşti, 2007

2 Chiţa Monica-Anca

Senzori şi traductoare Editura Matrix Rom, Bucureşti, 2006

3Filipescu A., Stamatescu S.

Teoria sistemelor. Analiza şi sinteza sistemelor liniare în abordarea structurală

Editura Matrix Rom, Bucureşti, 2007

4 Ghinea M., Fireţeanu V.

Matlab, calcul numeric - grafică -aplicaţii

Editura Teora, Bucureşti, 1995

5 Ilaş Constantin

Teoria sistemelor de reglare automată

Editura Academiei Române, Bucureşti, 1986

6

Mareş F., ş.a.

Sinteze pentru examenul de bacalaureat, Tehnic 1, Sisteme de automatizare şi Tehnici de măsurare în domeniu

Editura Pax Aura Mundi, Galaţi, 2007

7Mareş F., ş.a.

Sisteme de automatizare şi Tehnici de măsurare în domeniu

Editura Pax Aura Mundi, Galaţi, 2008

8 Mareş F., ş.a.

Module de automatizare Editura Pax Aura Mundi, Galaţi, 2008

9 Mînzu V., Creangă E.

Bazele sistemelor automate Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 2002

10Pintea M Auxiliar curricular pentru

modulul "Sisteme de automatizare"

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 Măsurarea 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 www.et.dtu.dk/CoolPack

19 www.festo-didactic.com

20 Sisteme Conventionale Pentru Reglarea Proceselor Continue

21 http://www.inform.umd.edu/EdRes/Topic/Chemistry/ ChemConference/Sof tware/ElectroSim/opamp.html

51

http://www.inform.umd.edu/EdRes/Topic/Chemistry/%20ChemConference/Software/ElectroSim/opamp.html

http://www.inform.umd.edu/EdRes/Topic/Chemistry/%20ChemConference/Software/ElectroSim/opamp.html

http://kinder.lx.ro/download/dl.php?id=2181

http://www.festo-didactic.com/

http://www.et.dtu.dk/CoolPack


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

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

http://www.didactic.ro/files/13/20m_surareadebitului.ppt

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

http://www.masterlevel.com/transducer.html

http://dimsolve.xhost.ro/PREchipRez.htm

http://archive.tvet.ro/web/Aux_Nivel_3

08_reglarea automata a parametrilor proceselor tehnologice.doc

Documents