09_relgarea automata a parametrilor proceselor tehnologice

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. 021-3111162, fax. 021-3125498, [email protected]

Titlul modulului:

Reglarea automată a parametrilor proceselor tehnologice

Material de învăţare

Domeniul: electronică automatizări

Calificarea: Tehnician în automatizări

Nivel 3

2009

mailto:[email protected]

AUTOR:

ing. MIHAELA PINTEA – profesor de specialitate, grad didactic I

COORDONATOR:

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

CONSULTANŢĂ:

IOANA CÎRSTEA – expert CNDIPT

GABRIELA CIOBANU – 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

CuprinsI. Introducere................................................................................................................5II. Resurse....................................................................................................................7TEMA NR.1. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a temperaturii...............................................................................................................8

Fişa de documentare 1. SRA pentru reglarea temperaturii..................................8Fişă de lucru 1.1. Reprezentarea schemei boc pentru reglarea temperaturii în cazul unui fier de călcat......................................................................................10Fişă de lucru 1.2. Realizarea unui termostat electronic...................................12Fişă de lucru 1.3. Realizarea unui sistem de reglare automată a temperaturii 14

Test de evaluare 1..................................................................................................17TEMA NR 2. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a presiunii...................................................................................................................21

Fişa de documentare 2. SRA pentru reglarea presiunii.........................................212.2. Exemple de sisteme de reglare automată a presiunii...................................23

Fişă de lucru 2.1. Regulator de presiune (hidraulic)........................................25Fişă de lucru 2.2. Regulator de presiune (pneumatic)....................................27

Test de evaluare 2..................................................................................................30TEMA NR 3. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a nivelului...................................................................................................................33

Fişa de documentare 3. SRA pentru reglarea nivelului..........................................333.2. Exemple de sisteme de reglare automată a nivelului....................................34Activitatea de învăţare 3.........................................................................................37

Fişă de lucru 3.1. Regulator de nivel...............................................................37Descrierea lucrării:.....................................................................................................37

Fişă de lucru 3.2. Realizarea unui sistem de reglare automată a nivelului......40Test de evaluare 3..................................................................................................42

TEMA NR.4. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a debitului...................................................................................................................45

Fişa de documentare 4. SRA pentru reglarea debitului.........................................45Activitatea de învăţare 4.........................................................................................51

Fişă de lucru 41. Regulator de debit cu două căi............................................51TEST DE EVALUARE 4.........................................................................................54

TEMA NR.5. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a umidităţii..................................................................................................................55

Fişa de documentare 5. SRA pentru reglarea umidităţii.........................................55Activitatea de învăţare 5...................................................................................60

Fişă de lucru 5.1. Reglarea umidităţii (electronic)............................................60Fişă de lucru 5.2. Reglarea umidităţii...............................................................63Test de evaluare 5..............................................................................................66

TEMA NR.6. SRA în cascadă....................................................................................70Fişa de documentare 6. SRA în cascadă...............................................................70

Fişă de lucru 6.1. SRA în cascadă..................................................................72Fişă de lucru 6.2. SRA în cascadă..................................................................73Exemple de SRA în cascadă..............................................................................73

Test de evaluare 6..................................................................................................76TEMA NR.7. Automate programabile..................................................................79

Fişa de documentare 7. Automate programabile...................................................79Activitatea de învăţare 7.........................................................................................80Test de evaluare 7..................................................................................................81

GLOSAR....................................................................................................................82Bibliografie: .................................................................................................84

I. IntroducereMaterialul de invatare are rolul de a conduce elevul la dobandirea competentelor:

28.1. Corelează componentele unui sistem de reglare automată a unui parametru cu elementele schemei bloc a unui SRA.

28.2. Examinează modul de conectare a elementelor componente pentru realizarea unui SRA cu structură evoluată.

28.3. Analizează utilizarea automatelor programabile în conducerea unui proces tehnologic.

Domeniul Electronică şi automatizăriCalificarea Tehnician în automatizăriNivelul de calificare 3

Materialul cuprinde:- fise de documentare- activitati de invatare- teste de evaluare- glosar

Prezentul material de invatare se adresează elevilor din cadrul liceelor tehnologice, domeniul Electronică şi automatizări, calificarea Tehnician în automatizări.

Competenţa / Rezultatul învăţării

Teme Elemente componente

Competenta 1

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 de documentare 1. SRA pentru reglarea temperaturii

Activitatea de învăţare 1

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

Fişa de documentare 2. SRA pentru reglarea presiunii


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

Fişa de documentare 3. SRA pentru reglarea nivelului


Competenţa / Rezultatul învăţării

Teme Elemente componente

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

Fişa de documentare 4. SRA pentru reglarea debitului


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

Fişa de documentare 5. SRA pentru reglarea umidităţii


Competenta 2

Analizează modul de

conectare a elementelor componente

pentru realizareaa

unui SRA cu structură evoluată

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

Activitatea de învăţare 1. Exemple de SRA a temperaturii cu structură evoluată

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

Activitatea de învăţare 2. Exemple de SRA a presiunii cu structură evoluată

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

Activitatea de învăţare 3. Exemple de SRA a nivelului cu structură evoluată

TEMA NR.6. SRA în cascadăActivitatea de învăţare 6. Exemple de SRA în cascadă

Competenta 3

Analizează utilizarea

automatelor programabile

TEMA NR.7. Automate programabile

Fişa de documentare 7. Automate programabile


Absolventul învăţământului liceal cu calificarea Tehnician în automatizări, trebuie să cunoască structura, caracteristicile, mărimile specificice precum şi noţiunile de bază despre funcţionarea sistemelor de reglare automată a parametrilor.

După parcurgerea celor şase teme, ce vizează primele două competenţe din standard, absolvenţii nivelului 3, calificarea Tehnician în automatizări, vor fi capabili să recunoască un SRA în funcţie de categorie, să descrie semnalele utilizate în SRA, să caracterizeze regimurile de funcţionare şi performanţele SRA cu legi de reglare obişnuite şi speciale, să identifice

tipuri de traductoare din construcţia SRA, să explice funcţionarea traductoarelor din SRA pe baza caracteristicilor generale, conform criteriilor de performanţă din SPP.

II. ResursePrezentul material de invatare cuprinde diferite tipuri de resurse care pot fi

folosite de elevi:

- fişe de documentare

- activităţi de învăţare

- teste de evaluare

- glosar

Elevii pot folosi atât materialul prezent (în forma printată) cât şi varianta online.

Semnificaţia simbolurilor grafice utilizate

Definiţie, informaţie, date

Evaluare, materiale suport

Important, notă, atenţie

Propuneri pentru evaluare

Probe scrise, documente

sau

Timp de lucru

Activitate individuala la calculator

Tipul activităţii: Problematizarea,

expansiune, studiu de caz

TEMA NR.1. Acordarea parametrilor regulatorului într-un sistem de reglare automată a temperaturii

- Schema bloc a unui SRA pentru reglarea temperaturii- Rolul blocurilor componente .- Descrierea funcţionării după schema bloc. - Legi de reglare.- Mărimi de intrare/ieşire.

Fişa de documentare 1. SRA pentru reglarea temperaturii1.1. Reglarea temperaturii

Sistemele 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.

1.2. Exemplu de sistem de reglare automată 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.


Fişă de lucru 1.1. Reprezentarea schemei boc pentru reglarea temperaturii în cazul unui fier de călcat

Competenţe vizate:- Elaborează scheme bloc pentru diferite posibilităţi de reglare

automată a unui proces

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

Obiective vizate:Această activitate vă va ajuta să reprezentaţi schema bloc pentru o instalaţie de reglare automată a unui parametru pentru o schemă dată.

Durata: 30 minute.

Tipul activităţii: activitate de grup.

Sugestii : - pentru realizarea acestei activităţi vă veţi organiza clasa în

grupe de 3÷4 elevi;- analizaţi schema funcţională a sistemului de reglare a

temperaturii în cazul unui fier de călcat redată în fig. 1.3

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

- reprezentaţi schema bloc pentru schema din figura 1.3.;- indicaţi tipul de reglare realizat cu această schemă;- realizaţi o scurtă prezentare a modului de funcţionare pentru

schema dată.

Evaluare:

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

Fişă de lucru 1.2. Realizarea unui termostat electronicCompetenţe vizate:

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


Obiective vizate:Această activitate vă va ajuta să realizaţi montajul unui termostat electronic după o schemă dată.

Durata: 120 minute.

Tipul activităţii: lucrare de laborator.

Sugestii :

Se dă schema electrică:

Lista componentelor:Amplificator operational: A 741Termistor NTC 470÷650 Ω ( 2 termistori legaţi în serie cu

punctul de contact comun accesibil pentru a fi încălzit )

Diode: 1N 4007 – 2 bucăţiRezistori: 680 Ω, 47 K Ω - 3 bucăţiPotenţiometru: 5 K ΩCondensatori: 1 μFLedAparate necesare : multimetru, sursă de tensiune continuă.

Mod de lucru:După măsurarea componentelor, parcurgeţi următoarele etape:

1. Realizaţi pe placa de cablaj imprimat sau pe placa de test schema de mai sus.

2. Alimentaţi montajul folosind sursa de tensiune continuă de 12 V.3. Stabiliţi poziţia potenţiometrului pentru care LED-ul este stins (la

limita de aprindere).4. Verificaţi funcţionarea montajului încălzind uşor cu pistolul/staţia de

lipit punctul comun al celor doi termistori.5. Explicaţi funcţionarea montajului raportându-vă la indicaţia LED-ului.

FIŞA DE EVALUARE 1.2.

Nr. crt.

Competenţe vizate Punctaj Observaţii

1. a) Organizarea ergonomică a locului de muncă cu respectarea normelor de protecţie a muncii şi PSI.b) Pregătirea şi verificarea componentelor schemeic) Lipirea pe cablaj imprimat a componentelor conform schemei electrice, simbolurilor şi marcajelor.d) Calitatea realizării lipiturilor.

5

8

30

2

2. Cuplarea corectă a sursei de alimentare 5

3. Verificarea funcţionării termostatului prin încălzire

20

4. Explicarea funcţionării montajului 15

5. Estetică, limbaj tehnic, autocontrol 56. Punctaj din oficiu 10

TOTAL PUNCTAJ 100

Fişă de lucru 1.3. Realizarea unui sistem de reglare automată a temperaturii


automată a unui proces- Analizează modul de conectare a elementelor componente

pentru realizareaa unui SRA cu structură evoluată

Obiective vizate:Această activitate vă va ajuta să realizaţi montajul unui SRA pentru reglarea temperaturii utilizând un modul didactic electropneumatic şi tremostatul realizat la activitatea 1.2.

Durata: 60 minute.

Tipul activităţii: lucrare de laborator, clasa organizată în grupe de elevi

Aparate necesare : modulul de lucru electropneumatic (FESTO, multimetru, sursă de tensiune continuă.

Descrierea lucrării:

- înlocuiţi LED-ul şi rezistorul R5 din schema termostatului cu un releu electromagnetic de 12V, ale cărui contacte C1 şi C2 se leagă în circuitul electropneumatic;

- realizaţi conexiunie electrice şi pneumatice conform schemelor din figura 1.6.

Senzorul de temperatură realizat cu montajul de la activitatea 1.2. activează contactul 1 în momentul in care acesta sesizeză depăşirea temperaturii prescrise, electrovalva Y1 deschide “camera”, permiţând pistonului să acţioneze extensia sa. În momentul în care temperatura scade sub cea prescrisă, se activează contactul 2 care trimite semnal electrovalvei Y2 sa deschidă ”camera ”, permiţând pistonului să execute acţiunea de retragere, sistemul revenind în starea iniţială.


Nr.

crtCompetenţe vizate Punctaj

Observaţii

1. a) Organizarea ergonomică a locului de muncă cu respectarea normelor de protecţie a muncii şi PSI.b) Pregătirea şi verificarea elementelor schemeic) Realizarea conexiunilor conform schemei electrice şi pneumatice, simbolurilor şi marcajelor.

5

10

30

2. Cuplarea corectă a sursei de alimentare electrică şi pneumatică

5

3. Verificarea funcţionării montajului prin încălzirea termistorului şi apoi răcirea acestuia

20



TOTAL PUNCTAJ 100

Figura 1.7. Vedere asupra circuitului electronic al termostatului şi asupra modulului electropneumatic

Test de evaluare 1

I. Pentru fiecare dintre cerinţele de mai jos, scrieţi pe foaie litera corespunzătoare răspunsului corect:

1 Termocuplul este un traductor parametric care transformă variaţia de temperatură a mediului ambiant în:

a) variaţie de rezistenţăb) variaţie de tensiune termoelectromotoarec) variaţie de curentd) variaţie de inductanţă

2 Termistoarele sunt: a) traductoare capacitive;b) traductoare generatoare;c) termorezistenţe semiconductoared) traductoare inductive.

3 Termorezistenţele sunt traductoare de temperatură care se bazează pe proprietatea materialelor de a-şi modifica rezistenţa electrică, după următoarea formulă:

a)

b)

c)

d)

II Transcrieţi litera corespunzătoare fiecărui enunţ (a, …, j) şi notaţi în dreptul ei litera A, dacă apreciaţi că enunţul este adevărat sau litera F, dacă apreciaţi că enunţul este fals. Transformaţi varianta considerată falsă în adevărată.

a. Traductoarele generatoare transformă mărimea de măsurat direct într-o tensiune electrică;b. Termocuplele sunt traductoare parametrice, bazate pe efectul Seebeck. c. În instalaţiile termice la care timpul mort este mare, este necesară utilizarea sistemelor de reglare cu regulator tip PD.d. La traductoarele termorezistive semiconductoare (termistoare), rezistenţa termistoarelor creşte cu creşterea temperaturii. e. Sistemele de reglare a temperaturii din instalaţiile frigorifice sunt realizate, în majoritatea cazurilor, prin intermediul echipamentelor specializate cu regulator automat.

III. În coloana A sunt prezentate traductoare parametrice rezistive, iar în coloana B denumirile acestora. Scrieţi pe foaie asocierile corecte dintre fiecare cifră din coloana A şi litera corespunzătoare din coloana B.

A B

1 aTermorezistive

semiconductoare(termistoare)

2 b Termorezistenţe

3 c Tensometrice

4 d Termocuple

5

e fotorezistive

f piezorezistive

IV Scrieţi pe foaie cuvintele care completează spaţiile libere:

a. Termorezistenţele semiconductoare se mai numesc şi .……...(1).... .

b. În funcţionarea unui termocuplu variaţia de .....(2).... a mediului de măsurat este transformată într-o variaţie de tensiune ....(3)..…….

V. În figura 2 este reprezentat un subansamblu al dispozitivului din figura1.

Analizând figurile de mai jos, răspundeţi următoarelor cerinţe:

Fig.1

a. precizaţi ce reprezintă figura 1 şi figura 2; b. indicaţi natura mărimilor de intrare Xi şi de ieşire Xe în cazul traductorului din figura 1.

Fig.2

VI.

VI.1. Pentru fierul de călcat din figura alăturată indicaţi denumirea elementelor notate cu cifre de la 1 la 6.

VI.2. În modelul structural al unui regulator automat prezentat în figura de mai jos sunt marcate elementele componente ale regulatorului şi mărimile fizice care intervin în funcţionarea lui.

a. Identificaţi elementele schemei:ECS –A – ERS – b. Identificaţi mărimile care intervin în funcţionarea sistemului.ε –ε1 – Xrs –

Barem de evaluare

Nr.subiect

Răspuns corectPunctajmaxim

Punctaj acordat

I 1-b; 2-c; 3-c. 3x2=6II a-A; b-F; c-F; d-F; e-F.

Reformulareb- Termocuplele sunt traductoare generatoare, bazate pe efectul Seebeckc- În instalaţiile termice la care timpul mort este mare, este necesară utilizarea sistemelor de reglare cu regulator PID sau PI.d- La traductoarele termorezistive semiconductoare (termistore), rezistenţa termistoarelor scade cu creşterea temperaturii.e- Sistemele de reglare a temperaturii din instalaţiile frigorifice sunt realizate, în majoritatea cazurilor, prin intermediul echipamentelor specializate cu acţiune continuă sau cu regulator bipoziţional.

5x3=15

4x3=12

III 1 – e; 2 – f; 3 – a; 4 – b; 5 – c. 5x3=15IV a–1:termistore;b–

2:temperatură;3:termoelectromotoare;3x3=9

V a. figura 1 – termorezistenţe; figura 2 – element sensibil.b. mărimea de intrare Xi – temperatură şi de ieşire Xe – tensiune termoelectromotoare

2x2=4

2x2=4

VI VI.1. 1 – spirală de încălzire; 2 – termostat; 3 – talpă; 4 – contact; 5 – reglor; 6 – bec (LED)VI.2. a – ECS – element de comparare secundară; A – amplificator; ERS – element de reacţie secundară.b – ε – mărime directoare; ε1 – abaterea de la valoarea prescrisă; Xrs – mărime de reacţie secundară

6x2=12

2x2=4

3x3=9

Puncte din oficiu 10Total 100

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

- Schema bloc a unui SRA pentru reglarea presiunii- Rolul blocurilor componente .- Descrierea funcţionării după schema bloc. - Legi de reglare.- Mărimi de intrare/ieşire.

Fişa de documentare 2. SRA pentru reglarea presiunii

2.1. 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;

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.

Reglarea 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

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 –

22

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).

2.2. Exemple de sisteme de reglare automată a presiunii

a) 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 2.3.a şi figura 2.3.b. se prezintă două soluţii des utilizate pentru reglarea presiunii de aspiraţie a compresoarelor din instalaţiile frigorifice.

Fig. 2.3. Reglarea presiunii de aspiraţie a compresoarelor din instalaţiile frigorifice

b) În schema din figura 2.3.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 2.3.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-

23

un ciclu de funcţionare a reactorului 1, presiunea se poate modifica prin ajustarea debitului de agent termic prin mantaua 2 a reactorului.

c) În figura 2.4. 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. 2.4. Reglarea presiunii Fig. 2.5. Supape de siguranţă

Câteva tipuri de regulatoare şi electroventile sunt prezentate în figura 2.6.

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. 2.6. Regulatoare de presiune - electroventile

24


Fişă de lucru 2.1. Regulator de presiune (hidraulic)




Obiective vizate:Această activitate vă va ajuta să realizaţi macheta unei instalaţii de reglare automată a presiunii pentru o schemă dată.

Durata: 180 minute.



Se montează o instalaţie hidraulică, conform schemei de mai jos (figura 2.7.) şi planului de lucru (un cilindriu de ridicare trebuie să apese pe o suprafaţă plană cu o presiune reglată corespunzător).

Figura 2.7.

25

Etape de lucru:

1. Pregătiţi elementele de montaj2. Montaţi-le conform schemei3. Efectuaţi controlul montajului4. Efectuaţi exerciţiul după fişa de lucru5. Demontaţi instalaţia6. Pregătiţi verificarea cunoştinţelor

Componente şi echipamente necesare:

1) Grup generator2) Supapă de limitare a presiunii3) Distribuitor 4/34) Cilindru cu dublu efect şi frânare la cap de cursă5) Regulator de presiune, cu retur la bazin6) Supapă de sens7) Trei manometre8) Fişă de lucru9) Verificarea cunoştinţelor

Măsuri de siguranţă:

Motorul electric nu va fi pus în funcţiune decât în prezenţa instructorului. Nu lucraţi cu mâinile murdare de ulei (risc de alunecare). Defectele nu vor fi detectate decât dacă instalaţia nu mai este sub presiune. Montarea şi demontarea instalaţiei se face numai când manometrul indică presiunea zero. Nici un obstacol mecanic nu trebuie să incomodeze avansul tijei pistonului.

Cerinţe:1. Reglaţi:

- presiunea pe1 la 2500 kPa (25 bar)- presiunea pe2 la 1000 kPa (10 bar) şi la 1500 kPa (15 bar)

2. Valorile mărimilor măsurate vor fi completate în tabelele de mai jos.

Reglajul regulatorului de presiune la pe2 = 1000 kPa (10 bar)

Starea cilindrului hidraulic

pe1

kPa(bar)

pe2

kPa(bar)

pe3

kPa(bar)

Comanda distribuitorului

Timp,ts

Avansul pistonuluiFinalul cursei de avans -Revenirea pistonuluiFinalul cursei de revenire -

26

Reglajul regulatorului de presiune la pe2 = 1500 kPa (15 bar)

Starea cilindrului hidraulic

pe1

kPa(bar)

pe2

kPa(bar)

pe3

kPa(bar)

Comanda distribuitorului

Timp, ts

Avansul pistonuluiFinalul cursei de avans -Revenirea pistonuluiFinalul cursei de revenire

-

Concluzii:

…………………………………………………………………………………………

Fişă de lucru 2.2. Regulator de presiune (pneumatic)




Obiective vizate:Această activitate vă va ajuta să realizaţi macheta unei instalaţii de reglare automată a presiunii pentru o schemă dată.

Durata: 180 minute.



Se montează o instalaţie electro-pneumatică pe un modul didactic conform schemei date în figura 2.8.

Etape de lucru:


Elementele schemei:Grup generator Y1 solenoidul valvei y1K1-contact al bobinei k1 S2-senzor cu rola pentru capat de cursaK2-contact al bobinei k2 p-presostat

27

K3-contact al bobinei k3 b1-senzor pentru inceputul cursei pistonului

Mod de lucru:

- La acţionarea întrerupătorului 1, electrovalva y1 acţionează asupra circuitului prin permiterea trecerii agentului motor de la sursă la piston, pistonul extinzându-se.-În momentul în care diferenţa de presiune între calea de admisie şi evacuare a pistonului atinge 6,8 bari, senzorul de presiune diferenţiala acţionează asupra circuitului, luând semnalul de pe extinderea electovalvei ducând la retragerea pristonului.-pentru ca acest sistem să funcţioneze este nevoie de o presiune minimă a sistemului de alimentare cu agent motor (în acest caz aer comprimat) de 7 bari, presiunea de “operare” poate fi schimbata prin ajustarea senzorului diferenţial de presiune.

28

Test de autoevaluare1. Care dintre simbolurile de mai jos corespunde unui regulator de presiune ?

2. Care este rolul unui regulator de presiune într-o instalaţie hidraulică ?3. Explicaţi funcţionarea unui regulator de presiune, schematizat alăturat, dacă presiunea creşte în racordul aval.

4. Pistonul mobil al unui regulator de presiune are aria A = 2 cm2 şi trebuie să se găsească într-o poziţie de echilibru. Presiunea pe2 fiind de 2000 kPa, care trebuie să fie forţa elastică N, din resort ?

5. Forţa elastică din resortul unui regulator de presiune este reglată la 250 N. Calculaţi presiunea pe2, exprimată în kPa. Suprafaţa activă a pistonului are aria A = 2 cm2.

Autoevaluare:Nr.

întrebareRăspuns corect rezultat

Nesatis-făcător

Satis-făcător

bine foarte bine

1 c), d). 2 Asigură fucţionarea agregatului hidraulic ca

o sursă de presiune constantă – stabilizator de presiune

3 Este schema constructiv-funcţională a unui regulator de presiune (o supapă de reglare a presiunii normal-deschisă), care controlează presiunea din racordul aval –Pe2 (Y conectat la A), în funcţie de reglajul şurubului său.

4 N=A* pe2=2*10-4*2000*103=400 N5 pe2=N/A=250/2*10-4=125*104Pa=1250kPa

Test de evaluare 2

1. În coloana A a tabelului de mai jos sunt prezentate câteva scheme pentru reglarea presiunii, iar în coloana B sunt enumerate tipurile de scheme. Faceţi asocierea literelor din coloana A cu cifrele corespunzătoare răspunsului corect din coloana B.

A B

A 1Schema de tip aval pentru reglarea presiunii gazelor în conducte

B 2Schema de tip amonte pentru reglarea presiunii gazelor în conducte

C 3

Schema pentru reglarea presiunii de aspiraţie a compresoarelor din instalaţiile frigorifice, prin cuplarea şi decuplarea motorului de antrenare

D 4

Schema pentru reglarea presiunii în recipiente cu circulaţie, cu reglarea pe conducta de evacuare

E 5

Schema pentru reglarea presiunii de aspiraţie a compresoarelor din instalaţiile frigorifice, prin circulaţia unei părţi din gazul comprimat

F 6Schema pentru reglarea presiunii în recipiente cu circulaţie, cu reglarea pe conducta de intrare

2. Se consideră schema din figura de mai jos, utilizată pentru reglarea automată a presiunii unui fluid la o valoare prescrisă pn.

a. Identificaţi în schemă elementul de execuţie.

b. Precizaţi tipul elementului de execuţie.

c. Analizaţi funcţionarea schemei când presiunea lichidului din conductă creşte peste valoarea pn.

3. Având date figurile de mai jos, specificaţi denumirea elementului de execuţie, precum şi tipul motorului de execuţie.

a) b) c) 4. În figura alăturată este reprezentat un sistem de control automat

a) Completaţi figura cu mărimile specifice fiecărei săgeţi, specificând denumirea mărimiib) Specificaţi destinaţia unui sistem de control automatc) Enumeraţi trei operaţii realizate de dispozitivul de control automat

Evaluare :

1. A- 4, B-5, C-1, D- 2, E-3, F-65x3=15 puncte

2 a) Elementul de execuţie este format din elementele 6, 7, 86 – cilindru7 – piston cu două feţe active8 – clapetă de închidere

4x3=12 puncteb) Elementul de execuţie este neelectric: hidraulic

3 punctec) Când presiunea lichidului din conductă creşte peste valoarea nominală pn, membrana 1 se deplasează în sus, comprimă resortul 2 şi punctul A se deplasează în A1, B în B1,

31

C în C1, pistonul 7 se deplasează în jos şi clapeta 8 obturează secţiunea de trecere a fluidului din conductă. În acest fel presiunea p scade până ajunge la presiunea normală pn şi elementul 4 revine în poziţia iniţială.

8 puncte3 – a – element de execuţie cu membrană; b – motor de execuţie pneumatic cu o faţă activă; c - Motor de execuţie pneumatic cu ambele feţe active.

3x4=12 puncte4. a) I – informaţii transmise operatorului;

Xm – mărime de execuţie; Xp – mărime perturbatoare; Xe – mărime de ieşire.

4x4=16 puncteb) Sistemele de control automat realizează supravegherea instalaţiei automatizate IA, prin transmiterea la dispozitivul de automatizare, numit şi dispozitiv de control automat, a tuturor mărimilor măsurabile din instalaţie, care prezintă interes din punct de vedere tehnologic.

10 punctec) Operaţiile realizate de dispozitivul de control automat pot fi: măsurarea mărimilor, înregistrarea acestora, integrarea (totalizarea) unor mărimi - debit, energie - într-o perioadă dată, compararea cu anumite limite de funcţionare normală şi semnalizarea - acustică sau optică - a depăşirii acestor limite, calculul unor bilanţuri şi al unor indicatori sintetici privind funcţionarea instalaţiei tehnologice, cum sunt: bilanţuri materiale şi de energie, consumuri specifice, randament.

14 puncte

32

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

- Schema bloc a unui SRA pentru reglarea presiunii- Rolul blocurilor componente .- Descrierea funcţionării după schema bloc. - Legi de reglare.- Mărimi de intrare/ieşire.

Fişa de documentare 3. SRA pentru reglarea nivelului

3.1. 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.

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.

D e r e g u l ă v i t e z a d e v a r i a ţ i e a î n ă l ţ i m i i u n u i l i c h i d î n t r - u n r e z e r v o r e s t e

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

33

De reţinut: 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.

3.2. Exemple de sisteme de reglare automată a nivelului

a) Schemele cele mai utilizate pentru reglarea automată a nivelului sunt date în figura 3.2.a şi 3.2.b. Dacă acţiunea perturbatoare este variaţia debitului de ieşire, organul de reglare se montează pe conducta de intrare (fig. 3.2.a). Dacă acţiunea perturbatoare este variaţia debitului de intrare, organul de reglare se montează pe conducta de ieşire (fig. 3. 2.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. 3.2.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. 3.2. 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

34

principală subordonează o buclă de reglare interioară, se numeşte sistem de reglare în cascadă.

Figura. 3.3. Reglarea nivelului de lichid într-un rezervor.

b) Reglarea nivelului apei la o secţie de cazane dintro oţelărieÎn schema de funcţionare a cazanelor, degazorii în număr de doi au rolul dea alimenta cu apă de răcire (demineralizată) cazanele aferente celor treiconvertizoare în care se elaborează oţelul. Nivelul maxim al degazorilor este de 2000 cm3

35

Figura 3.4. Schema de reglare automată a

nivelului apei în degazori la o secţie de cazane

În timpul elaborării şarjei de oţel, apa din cazan se transformă în abur careeste debitat în conductele de abur din magistrala combinatului, fiind necesară alimentarea cu apă a cazanului, din degazori, nivelul apei din degazori scăzând.Pentru buna funcţionare a instalaţiei este necesară menţinerea continuă a unui nivel constant care se încadrează între 1100 ± 1800 cm3. Menţinerea constantă a nivelului se realizează cu ajutorul acestei scheme de reglare automată care funcţioneaza astfel:- măsurarea nivelului este realizată cu ajutorului traductorulul de presiune diferenţăială TR” alimentat cu 30 Vc.c. de sursa “FE100” indicat de aparatul indicator “Al” şi înregistrat cu înregistratorul electronic “ELR45”. De asemenea înseriat în bucla de măsură este şi regulatorul tripoziţional “ELX1 76” care are rolul de a comanda la ieşire elementul de execuţie. Domeniul de măsură al traductorului este de 4÷20 mA.- regulatorului i se va prescrie cu ajutorul dispozitivelor de prescriere limita inferioară şi limita superioară respectiv 1100 ÷ 1800 cm3

- când nivelul apei din degazor va scădea sub 1100 cm3, la bornele de ieşire ale regulatorului se va face contactul Cl-L1, care comandă releul d1. Contactul releului dl se află în schema de comandă a unei electrovane care va primi comandă de deschidere prin cuplarea lui d1. Electrovana deschizându-se se realizează alimentarea cu apă a degazorilor. Când nivelul măsurat cu ajutorul traductorului va atinge 1800 cm3 adică valoarea maximă prescrisă la regulator, la bornele acestuia se va realiza contactul C2 - L2 care va cupla releul d2. Contactul releului d2 va da comandă de închidere a electrovanei astfel oprinduse alimentarea cu apă a degazorului.

36


Fişă de lucru 3.1. Regulator de nivel




Obiective vizate:Această activitate vă va ajuta să realizaţi macheta unei instalaţii de reglare automată a nivelului pentru o schemă dată.

Durata: 180 minute.

Tipul activităţii: lucrare de laborator în grupe de elevi


Se dă schema electrică:

Figura 3.5. Automat pentru bazine

37

Lista componentelor:

R1- 47kΩ R5- 47kΩR2- 47kΩ R6- 4,7kΩR3- 437kΩ R7- 47kΩR4- 4,7kΩ R8- 4,7kΩR9- 10kΩ T2- BC 547T1- BC 547 T3- BC 547

Releu electromagnetic 12V; Sursa cc 12V

Elementele sensibile care intră în contact cu apa şi transmit semnalul de deschidere sau de închidere a electroventilului sunt două detectoare rezistive identice. Unul este montat pentru detectarea nivelului superior, celălalt pentru detectarea nivelului inferior. Ambele detectoare sunt conectate cu un braţ la borna plus a sursei de alimentare, iar celălalt, prin intermediul rezistoarelor R1 şi R2, la bazele tranzistoarelor T1 şi T2. Schema (fig. 3.5.) este alimentată de Ia o sursă de 12V şi consumă în regim de repaus un curent de circa 5mA, iar în regim de functionare (când se pompează apă în bazin) un curent de circa 8OmA, consum cerut de releul ReI.1.

Se alimentează adaptorul traductorului de nivel LT şi aparatul înregistrator LR cu energie de la reteaua de 220V. După ce se închide supapa de scurgere a lichidului din vasul superior se pornete pompa P şi se menţine în funcţiune până când nivelul din vasul superior depăşeşte domeniul de măsură al traductorului (I > 10mA). Nivelul de lichid va fi citit pe tubul de sticlă gradat, iar curentul I generat de traductorul de nivel va fi citit la miliampermetrul mA. Se vor efectua circa zece măsurări care vor fi trecute în tabel.

Figura 3.6. sistem de măsurare a nivelului cu traductor cu imersor:LT – traductor de nivel;LR – înregistrator de nivel;mA –miliampermetru;P – pompa centrifugă;RR – robinet de reglare;1 – supapă:2 – scală gradată

38

Cerinţe:

Se va întocmi un referat care va conţine:a) Identificarea tipurilor de tranzistoare utilizate în schema “Automat pentru

bazine”.b) Explicarea funcţionării schemei electrionice.c) Identificarea elementelor componente ale traductorului de nivel cu

imersor utilizat.d) Determinarea caracteristicii statice a traductorului studiat şi încadrarea

acestuia într-o clasă de precizie.

Datele vor fi consemnate întrun tabel de forma:

Nr.măsurări

h[mm]

Imăsurat

[mA]Iideal

[mA]ΔI = Imăsurat – Iideal

[mA]

unde:- Imăsurat este valoarea măsurată a curentului,- Iideal este valoarea curentului corespunzätoare caracteristicii statice ideale a traductorului de nivel studiat.e) Determinarea clasei de precizie cu relaţia:

CP ≥ I εmax I unde: εmax este eroarea normată maximă calculată cu relaţia

εmax = 100 ΔImax / D D fiind domeniul de măsurat.

39

Fişă de lucru 3.2. Realizarea unui sistem de reglare automată a nivelului



pentru realizareaa unui SRA cu structură evoluatăObiective vizate:Această activitate vă va ajuta să realizaţi montajul unui SRA pentru reglarea nivelului

Durata: 120 minute.


Aparate necesare : modulul de lucru electropneumatic (FESTO, calculatoare, soft didactic)

Descrierea lucrării :

-la acţionarea intrerupătorului principal distribuitorul electro-pneumatic, resprectiv electrovalva y1 va primi un semnal (+12v) care va permite agentului motor să actioneze extinderea primului piston.- Senzorul motat la extinderea maxima a pistonului va trimite un semnal distribuitorului electro-pneumatic care să deschidă electrovalva y2, agentul motor acţionând extinderea pistonului 2. - Senzorul inductiv va trimite semnal electrovalvei y3 aparţinând celui de-al treilea distribuitor iar pistonul 3 se va extinde. - La cursa maximă a pistonului 3 este montat un sensor capacitiv legat în circuit astfel încât să acţioneze asupra acestuia prin retragerea tuturor pistoanelor îin poziţia iniţială. - Procesul se repeată până în momentul acţionării întrerupătorului principal care va opri instalaţia.

Mod de lucru: - realizaţi conexiunie electrice şi pneumatice conform schemei din

figura 3.7.- realizaţi simulări cu programul FluidSIM utilizând diferiţi senzori

de nivel (deplasare).

40


Nr.

crtCompetenţe vizate Punctaj Observaţii


5

10

30


5

3. Verificarea funcţionării montajului prin încălzirea termistorului şi apoi răcirea acestuia

20



41

TOTAL PUNCTAJ 100

Test de evaluare 3I. Pentru fiecare dintre itemii de mai jos scrieţi litera corespunzătoare răspunsului corect: 1. Orice regulator va conţine următoarele elemente componente:

a) amplificatorul, elementul de reacţie secundară şi elementul de comparare secundară;

b) amplificatorul, elementul de execuţie şi elementul de comparare secundară;

c) traductorul, elementul de execuţie şi instalaţia tehnologică.d) amplificatorul, elementul de reacţie secundară şi adaptorul.

2. Într-un sistem automat mărimea care se aplică la intrarea regulatorului automat se numeşte:

a) eroare;b) mărime de referinţă;c) mărime de execuţie;d) mărime comandă.

3. Mărimea de comandă se obţine la ieşirea:a) elementului de execuţie;b) instalaţiei tehnologice;c) traductorului;d) regulatorului automat.

4. În funcţie de viteza de răspuns regulatoarele automate pot fi:a) electronice, pneumatice, hidraulice sau mixte;b) directe sau indirecte;c) unificate şi specializate;d) lente şi rapide.

5. Regulatoarele automate se pot clasifica în regulatoare electronice, pneumatice, hidraulice, electromagnetice dacă se are în vedere:

a) caracteristicile constructive;b) tipul acţiunii;c) sursa de energie;d) agentul purtător de semnal.

II. Transcrieţi pe foaie litera corespunzătoare fiecărui enunţ, şi notaţi în dreptul ei litera A, dacă apreciaţi că enunţul dat este adevărat, sau litera F, dacă apreciaţi că enunţul este fals. 1. Dispozitivul de automatizare se compune din elementul de prescriere, element de comparaţie, element de amplificare, element de execuţie şi element de corecţie;2. Traductoarele rezistive se bazează pe variaţia rezistenţei unui rezistor, iar relaţia care permite determinarea parametrului rezistiv este:3. Traductorul generator transformă mărimea de măsurat direct într-o tensiune electrică, fără a mai fi nevoie de o sursă suplimentară;4. Elementul de execuţie reprezintă partea prin care dispozitivul de automatizare acţionează asupra instalaţiei tehnologice;5. Motoarele de curent continuu folosite ca elemente de execuţie sunt cele cu excitaţie mixtă.

42

III. În figura alăturată se prezintă un sistem de reglare automată:

a. precizaţi mărimea reglată şi identificaţi părţile componente notate cu 1, 2, 3, 4.

b. explicaţi funcţionarea sistemuluiidentificând pe rând mărimile ce sereglează.

c. Identificaţi traductorul şi elementul de execuţie al sistemului de reglareautomată din figură.

IV. Traductorul din figură este utilizat pentru măsurarea nivelurilor.

Armăturile sale sunt egale şi au dimensiunile a·b, iar distanţa dintre armături este constantă şi egală cu d.a) Precizaţi tipul traductorului, în funcţie de următoarele două criterii:

a1) tipul condensatoruluia2) mărimea variabilă

b) Calculaţi capacitatea condensatorului în fiecare dintre cele două situaţii prezentate în figură.c) Determinaţi relaţia de dependenţă dintre capacitatea condensatorului şi variabila independentă x [0, d] pentru a argumenta utilizarea traductorului la măsurarea deplasărilor.d) Pentru domeniul de variaţie precizat, al variabilei x, corelaţi valorile care se obţin pentru x = 0 şi x = d, cu valorile calculate la punctul b)e) Reprezentaţi grafic dependenţa C(x). Ce fel de dependenţă există între capacitatea C şi deplasarea x ?

43

Rezolvare :

I. 1 – a; 2 – a; 3 – d; 4 – d; 5 – d. 5x3=15 puncteII. 1 – A; 2 – F; 3 – A; 4 – A; 5 – F. 5x3=15 puncteIII. a) - Mărimea reglată este nivelul lichidului într-un rezervor. Părţile componente: 1- traductor; 2 – element de comparare; 3 – regulator automat; 4 – element de execuţie.

5x3=15 puncteb) Variaţia nivelului în rezervor este sesizată de traductorul 1 şi determină o variaţie a mărimii de reacţie la ieşirea din traductor. Mărimea de reacţie intră în elementul de compararea 2, este comparată cu mărimea de intrarea şi rezultă mărimea de acţionare (eroarea) care intră în regulatorul 3. Regulatorul automat 3 prelucrează mărimea de acţionare (eroarea) şi elaborează mărimea de comandă a elementului de execuţie 4, care prin intermediul robinetului modifică debitul de lichid prin conducta de alimentare, în aşa fel încât nivelul să se stabilească la valoarea prescrisă.

15 punctec) Traductorul este elementul - 1 Elementul de execuţie este - 4 2x4=8 puncte

IV. a1) condensator plan; a2) cu distanţa (dintre armături) variabilă 2 puncte

b) Ca = ; Cb = 5 puncte

c) C(x) = 5 puncte

d) pentru x = 0, C(x) = = Ca; pentru x = d, C(x) = = Cb

5 puncte

e) 5 puncte

Dependenţa este neliniară (hiperbolă), descrescătoare.

x

Ca

0 a/2

Cb

C(x)

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

- Schema bloc a unui SRA pentru reglarea debitului.- Rolul blocurilor componente .- Descrierea funcţionării după schema bloc. - Legi de reglare.- Mărimi de intrare/ieşire.

Fişa de documentare 4. SRA pentru reglarea debitului

4.1. Măsurarea 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

Figura 4.1. Debitmetrul cu strangulare (strangulare fixă sau variabilă)

45

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.

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.

Figura 4.2. Dispozitive de strangulare

a) Diafragmă b) Duză c) Tub Venturi

Figura 4.3. Rotametrul

46

Rotametrele sunt aparate utilizate pentru măsurarea debitului lichidelor şi gazelor pe baza deplasării unui plutitor în interiorul unui tub tronconic gradat, dispus vertical cu 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 1

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.

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

47

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

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

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)2

4. 2. Reglarea debitului

a) 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.

2 sursa: Măsurarea debitului

DRA

P1

P2

m

Debitul QP3 P4

r

i0=q0

PC

Figura 4.5. Contoare volumetrice

48

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

Figura 4.7. reglarea debituluiRegulatoarele 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.

b) 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.

a) b)Fig. 4.8. Reglarea debitului

49

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.

50


Fişă de lucru 41. Regulator de debit cu două căi




Obiective vizate:Această activitate vă va ajuta să realizaţi macheta unei instalaţii de reglare automată a debitului conform unei scheme date.

Durata: 180 minute.



Se montează o instalaţie hidraulică, cu scopul realizării unui debit volumic predeterminat, care trebuie să rămână constant, conform schemei de mai jos. Măsurătorile trebuie să demonstreze că regulatorul de debit cu două căi satisface criteriile funcţionale impuse.

51

Etape de lucru:


Componente şi echipamente necesare:

1) Grup generator2) Regulator de debit cu două căi3) Supapă de limitare a presiunii4) Robinet de reglare5) Trei manometre6) Rezervor gradat de măsură, cu robinet de izolare7) Cronometru8) Fişă de lucru

Măsuri de siguranţă:

Motorul electric nu va fi pus în funcţiune decât în prezenţa instructorului. Nu lucraţi cu mâinile murdare de ulei (risc de alunecare). Defectele nu vor fi detectate decât dacă instalaţia nu mai este sub presiune. Montarea şi demontarea instalaţiei se face numai când manometrul indică presiunea zero.

Cerinţe:

Reglaţi:- presiunea pe3 la 2500 kPa (25 bar), robinetul de reglare fiind închis- regulatorul de debit cu două căi şi pe2, după valorile trecute în tabelul

de mai jos, prin manevrarea robinetului de reglareCompletaţi în tabelul de mai jos următoarele date, inclusiv unităţile de măsură lipsă:

- presiunea pe1, exprimată în kPa, sau bar- presiunea pe2, exprimată în kPa, sau bar- căderea de presiune pe regulatorul de debit cu două căi ptot,

exprimată în kPa, sau bar.

Trasaţi diagrama debit – cădere de presiune. Se recomandă ca timpii cronometraţi să fie 10, 15 sau 20 s, la alegere.

Relaţiile de calcul pentru căderile de presiune şi pentru debit sunt următoarele:ptot = pe1 - pe3

p = pe1 - pe2

Q = V/t

52

Regulatorul de debit în poziţie mediană

Regulatorul de debit în poziţie minimă

pe1 pe2 pe3 p

pto

t

Vl

ts

Ql/min

pe1 pe2 pe3 p

pto

t

Vl

ts

Ql/min

500(5)

500(5)

1000(10)

1000(10)

1500(15)

1500(15)

2000(20)

2000(20)

2500(25)

2500(25)

Concluzii :

………………………………………………………………………………………

a

∆P tot

53

Test de evaluare 4

A. CompIetaţi spaţiiIe libere:

1. Debitul volumic se defineşte ca fiind ........(1).... ce trece printro sectiune Sa conductei în unitatea de timp.2. Principiul de funcţionare al .......(2).... se bazeazä pe legea inducţiei.3. Rotametrul este un ........(3)........... cu diferenţa constantă de presiune şi plutitor rotativ.4. Funcionarea ..........(4)....... cu strangularea secţiunii se bazeazä pe legea luiBernoulli.5. Regulatoare de tip.. ...(5).... sunt folosite pentru reglarea debitului.

B. StabiIii valoarea de adevăr a următoarelor afirmaţii:

1. Regulatoarele de tip P sunt folosite datorită capacităţii lor de a anula eroarea staţionară Ia intrare treaptă.2. Debitul volumic reprezintă masa fluidului ce trece prin secţiunea conductei în unitatea de timp.3. Debitmetrele electromagnetice măsoară viteza de deplasare a fluidelor bune conducătoare de electricitate

C. Enunţaţi principiul de măsurare folosit Ia debitmetrele cu strangulare fixă.

Răspuns:A. 1. volumul de fluid;2. debitmetrelor electromagnetice;3. debitmetru;4. debitmetrelor;5. PI.B. 1 – F; Regulatoarele de tip PI sunt folosite datorită capacităţii lor de

a anula eroarea staţionară Ia intrare treaptă.2 - F; Debitul volumic reprezintă volumul fluidului ce trece prin

secţiunea conductei în unitatea de timp.3 – A.

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

- Schema bloc a unui SRA pentru reglarea umidităţii- Rolul blocurilor componente .- Descrierea funcţionării după schema bloc. - Legi de reglare.- Mărimi de intrare/ieşire.

Fişa de documentare 5. SRA pentru reglarea umidităţii

1.2. Măsurarea umidităţii

„Condensul este o dovadă indirectă de existenţă a unei umidităţi ridicate !!!” 3

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).

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

55

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.

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.

56

Fig.5.1. Higrometru cu fir de păr 4

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%.

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

2. 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.

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

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

T

A

B

P

Fig.5.2. Higrometrul Aluard

r2r1

57

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

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.

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 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.

Fig.5.3.Psihrometrul cu aspiraţie Assmann

58

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

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.

5.2. Reglarea umidităţii

Reglarea 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 )

59

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


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


Fişă de lucru 5.1. Reglarea umidităţii (electronic)

Competenţe vizate:- Elaborează scheme bloc pentru diferite posibilităţi de reglare automată a

unui proces


Obiective vizate:Această activitate vă va ajuta să realizaţi un montaj de sesizare a umidităţii utilizând un circuit electronic

Durata: 180 minute.


Descrierea lucrării: Se dă schema electrică:

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. 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

60

umiditate respectiv 0 logic când elementul sensibil nu sesizează umiditate. Semnalul de la 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.

Mod de lucru:

După măsurarea componentelor, parcurgeţi următoarele etape:1. Realizaţi pe placa de cablaj imprimat sau pe placa de test schema de mai sus. 2. Alimentaţi montajul folosind sursa de tensiune continuă de 12 V.3. Verificaţi funcţionarea montajului prin introducerea elementului sensibil intrun

pahar cu apa4. Explicaţi funcţionarea montajului raportându-vă la indicaţia LED-ului şi/sau

răspunsul releului.


Nr. crt.

Competenţe vizate Punctaj Observaţii

1. a) Organizarea ergonomică a locului de muncă cu respectarea normelor de protecţie a muncii şi PSI.b) Pregătirea şi verificarea componentelor schemeic) Lipirea pe cablaj imprimat a componentelor conform schemei electrice, simbolurilor şi marcajelor.d) Calitatea realizării lipiturilor.

5

8

30

2

2. Cuplarea corectă a sursei de alimentare 5

3. Verificarea funcţionării termostatului prin introducerea senzorului în apă

20

4. Explicarea funcţionării montajului 155. Estetică, limbaj tehnic, autocontrol 56. Punctaj din oficiu 10

TOTAL PUNCTAJ 100

61

Variantă de schemă pentru un traductor rezistiv de umiditate5

Traductorul realizat măsoară umiditatea relativă 0÷100 %. Schema electrică conţine un amplificator diferenţial realizat cu circuitul LM308 şi generează la ieşire o tensiune între 2,9÷3,9 V.

5 http://www.preferatele.com/docs/diverse/14/traductoare-i-interf22.php

62

http://www.preferatele.com/docs/diverse/14/traductoare-i-interf22.php

Fişă de lucru 5.2. Reglarea umidităţii



pentru realizareaa unui SRA cu structură evoluatăObiective vizate:Această activitate vă va ajuta să realizaţi un montaj de sesizare a umidităţii utilizând un circuit electronic

Durata: 180 minute.

Tipul activităţii: lucrare de laborator cu grupe de eleviDescrierea lucrării: Se dă schema electro-pneumatică:

Figura 5.5.

63


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.

Pentru realizarea senzorului de umiditate veţi lega contactele releului elctromagnetic de la lucrarea 5.1. conform schemei din figura 5.5.

Figura 5.6. montajul pentru reglarea automată a umidităţii

64

FIŞA DE EVALUARE 5.2. Nr.c

rtCompetenţe vizate Punctaj

Observaţii


5

10

30


5

3. Verificarea funcţionării montajului prin umezirea şi uscarea repetaă a elemenelor conductoare care simulează senzorul

20

4. Explicarea funcţionării montajului 155. Estetică, limbaj tehnic, autocontrol 56. Punctaj din oficiu 10

TOTAL PUNCTAJ 100

65

Test de evaluare 5

A. Enunţaţi principiul de măsurare folosit de psihrometrul Asmann.

B. CompIetaţi spaţiiIe libere:1. Aerul .......(1)...... şi ........(2)......... formează amestecul de ........(3)........2. Aparatul pentru măsurarea .......(4)...... poartă denumirea de umidometru.3. Punctul de rouă reprezintă ........(5)....... Ia care vaporii de apă dintrun gaz ajung Ia saturaţie.4. Umiditatea unui ........(6)....... reprezintă cantitatea de vapori de apă conţinută în unitatea de masă sau de volum a unui corp gazos sau solid.5. Psihrometru cu ventilator, tip Asmann, are .........(7)....... termometre.

C. Stabiliţi valoarea de adevăr a următoarelor afirmaţii:1. Umiditatea absolută reprezintă cantitatea (masa) vaporilor de apă conţinută întrun metru cub de amestec gazos (g/m3).2. Metoda punctului de rouă permite determinarea gradului de umiditate prin măsurarea temperaturii de condensare (saturaţie) a vaporilor de apă dintrun gaz (punct de rouă).

D. Se consideră un traductor capacitiv cu aria comună maximă a armăturilor de 1 cm2, permitivitatea relativă a dielectricului egală cu 3 şi distanţa dintre armături de 1mm (se consideră permitivitatea vidului ε0≈ 8,84 pF/m). Se cer:

a. să se calculeze capacitatea maximă a traductorului;b. să se calculeze valoarea capacităţii dacă între armături rămâne

aer;c. să se calculeze valoarea ariei comune a armăturilor dacă se

micşorează capacitatea traductorului de 2 ori, permitivitatea rămânând constată şi distanţa dintre armături devenind 0,25 mm.

Rezolvare:A: Cel mai utilizat psihrometru, denumit şi psihcrometru cu ventilator de tip Asmann, constă dintrun termometru uscat şi un termometru umed. Termometrul umed este îInfăşurat întro pânză higroscopică imbibată cu apă. Capetele termometrelor sunt scăldate de curentul de aer umed aspirat de către un mic ventilator, actionat cu resort metalic sau electric cu o viteză mai mare de 2,5 m/s. Datorită evaporării, temperatura tum indicată de termometrul umed este mai mică decât temperatura tus indicată de termometru uscat. Umiditatea relativă a aerului se determină folosind relaţia:

În care: pv - presiunea vaporilor de apă;ps

' - presiunea parţială a vaporilor de apă saturaţi conţinuţi de aer, la temperatura tum;

66

ps - presiunea parţială a vaporilor de apă saturaţi conţinuţi de aer Ia temperatura tus;C - coeficient psihrometric, în bar/K;pb = p – este presiunea barometrică (presiunea totală a aerului umed) în bar;p0 = 1,01325bar este presiunea la starea normală fizică.

B:1. uscat;2. vaporii de apă;3. aer umed;4. umidităţii;5. temperatura;6. gaz;7. două.

C: a. Adevăratb. Adevărat

D: a. ;

b.

c. =>

tabel rezultate

Subiect Punctaj maxim Punctaj acordatA 20B 7x 5=35

Ca 10b 10c 15

Pncte din oficiu 10TOTAL 100

67

Extrase de catalog

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.

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

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



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 explozive6

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

6 sursa http://www.multilab.ro/MainPages/Key-Lab/Instrumente/Umidometre.htm7 sursa : http://www.labshop.ro/Enviro/Termohigrometre.html#

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



TEMA NR.6. SRA în cascadă- Locul şi rolul elementelor componente în schema bloc.- Tipuri de regulatoare.- Avantajele utilizării SRA în cascadă.

Fişa de documentare 6. SRA în cascadă

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

70

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.

71


Fişă de lucru 6.1. SRA în cascadă

Competenţe vizate:- Analizează modul de conectare a elementelor componente


Obiective vizate:Această activitate vă va ajuta să elaboraţi schema unui SRA în cascadă şi să simulaţi funcţionarea acestuia utilizând un soft didactic specializat.

Durata: 120 minute.

Tipul activităţii: lucrare de laborator, clasa organizată în grupe de elevi


se împarte clasa în grupe de 2-3 elevi; fiecare grupă alege una (sau două) dintre mărimile fizice studiate

pentru care urmează să elaboreze schema utilizând softul didactic de care dispune laboratorul;

se realizează simularea şi se întocmeşte un referat care să conţină: schema realizată identificarea elementelor componente ale simulării de reglare în

cascadă scurtă descriere a funcţionării sistemului de reglare simulat implementarea SRA în cascadă din schema aleasă (unde dotarea

laboratorului o permite)

Notă- Acolo unde dotarea laboratorului nu permite realizarea cerinţelor temei se va desfăşura lucrarea în unităţile de producţie de la agenţii economici cu care şcoala are încheiate contracte de parteneriat pentru instruirea practică şi există isisteme de reglare automată cu structură evoluată. Elevii vor analiza SRA şi vor întocmi un eseu cu datele cerute de profesor.

72

Fişă de lucru 6.2. SRA în cascadă

Competenţe vizate:- Analizează modul de conectare a elementelor componente


Obiective vizate:

Această activitate vă va ajuta să analizaţi schemele unor SRA, să identificaţi elementele componente şi să înţelegeţi avantajele reglării în cascadă

Durata: 120 minute.

Tipul activităţii: studiu de caz.

Exemple de SRA8 în cascadă

1. Nivelul se reglează în procese de umplere-golire, iar sistemul de reglare automată pentru nivel SRA-L, este reprezentat convenţional ca în figura 6.1. 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.

8 sursa: Sisteme Conventionale Pentru Reglarea Proceselor Continue

Figura 6.1. SRA pentru

nivel

73

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

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.

3. O implementare cu aparatura electronică cu semnal unificat de curent (4-20 mA) este dată în figura 6.3. 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 6.3. SRA (cascadă) pentru nivel cu aparatura cu semnal unificat de curent

Figura 6.2. Reglare de nivel în cascadă cu debit

74

4. În figura 6.4. 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.

5. Măsurarea debitului şi a presiunii

Figura 6.4. Implementare SRA in cascada pentru temperatura-debit,

cu aparatura cu semnal unificat de curent

Fig. 6.5. Măsurarea debitului şi a presiunii.

Test de evaluare 6

SUBIECTUL I I.1. Pentru fiecare dintre cerinţele de mai jos, scrieţi pe foaie litera corespunzătoare răspunsului corect: 1. Acţiunea dispozitivului de automatizare în cadrul sistemelor de protecţie automată asupra

instalaţiilor automatizate are ca efect:a) scoaterea din funcţiune a unei părţi din instalaţie;b) scoaterea din funcţiune a întregii instalaţii;c) scoaterea din funcţiune a unei părţi din instalaţie sau chiar a întregii instalaţii

tehnologice;d) izolarea unei părţi din instalaţie.

2. Schema din figura de mai jos reprezintă:

a) Schema de principiu a unui sistem b) Dispozitivul de automatizare c) Schema bloc a unui sistem de reglare automată d) Schema bloc a unui sistem automat

3. Termorezistenţele sunt traductoare de temperatură care se bazează pe proprietatea materialelor de a-şi modifica rezistenţa electrică, după următoarea formulă:

a)

b)

c)

d)

4. Releele sunt elemente la care mărimea de ieşire variază:a) în salt, atunci când mărimea de intrare va atinge valoarea prescrisă;b) continuu, atunci când mărimea de intrare va atinge valoarea prescrisă;c) alternativ, atunci când mărimea de intrare va atinge valoarea prescrisă;d) în salt, indiferent de valoarea atinsă de mărimea de intrare.

5. În funcţie de capacitatea sistemelor de calcul se poate asigura reglarea automată:a) a mai multor mărimi în mod diferit;b) a mai multor mărimi simultan;c) a unei singure mărimi;d) a mai multor mărimi, pe anumite intervale de timp.

I.2. Transcrieţi pe foaie litera corespunzătoare fiecărui enunţ, şi notaţi în dreptul ei litera A, dacă apreciaţi că enunţul dat este adevărat, sau litera F, dacă apreciaţi că enunţul este fals: a) Într-un sistem de automatizare cu circuit închis, esenţial este prezenţa reacţiei principale

dintre procesul automatizat şi dispozitivul de automatizare.b) Traductoarele sunt dispozitive care servesc la convertirea unei mărimi fizice, numită mărime

de intrare, într-o mărime de altă natură sau de acelaşi fel, dar care variază în altă gamă e valori, numită mărime de ieşire, cu scopul de a măsura mărimea de intrare.

c) Elementele de execuţie hidraulice folosesc ca energie aerul comprimat.d) La regulatoarele liniare, dependenţa dintre u(t) şi ε(t) variază discontinuu în timp;e) Elementele de execuţie pneumatice folosesc ca energie aerul comprimat şi pot fi cu

membrană, cu piston, cu distribuitor.I.3. Completaţi, cu termenii corespunzători, spaţiile rămase libere din enunţurile de mai jos:

1) Sistemul automat reprezintă reuniunea a două subsisteme, ....a...tehnologică şi .....b…...de automatizare care stabileşte.......c.........de conducere a procesului, după un.........d........prestabilit.

2) Sistemele de control automat realizează .......a........instalaţiei automatizate IA, prin ........b......... la dispozitivul de automatizare a tuturor mărimilor........c........din instalaţie, care prezintă interes din punct de vedere tehnologic.

3) Motoarele de curent ....a.......... folosite ca elemente de ........b........sunt cele care au excitaţia.......c.........

SUBIECTUL II II.1 Să se stabilească corespondenţa dintre elementele de execuţie respectiv traductoarele enumerate în coloana A şi reprezentările grafice corespunzătoare din coloana B.

A B

1.Element de execuţie cu membrană

a

2. Motor de execuţie pneumatic cu o faţă activă şi cu ambele feţe active

b

3.Compresor rotativ cu palete

c

4.Element de execuţie cu electromagnet

d

5. Vană clapetă e

f

II.2 În figura de mai jos este reprezentat un sistem de comandă automat.

1. Completaţi figura cu mărimile specifice fiecărei săgeţi, specificând denumirea mărimii.2. Specificaţi destinaţia unui sistem de comandă automat3. Precizaţi câte moduri de variaţie poate avea mărimea de intrare.

77

SUBIECTUL III Reprezentaţi pe foaie schema bloc a unui regulator numeric.Specificaţi principiul de funcţionare precum şi avantajele şi dezavantajele unui regulator numeric.

Rezolvare:

SUBIECTL I - I.1. 1 – c; 2 – d; 3 – c; 4 – a; 5 – bI.2. a – A; b – A; c – F; d – F; e – A. Reformulare:c – Elementele de execuţie hidraulice folosesc ca energie uleiul hidraulic.d – La regulatoarele liniare, dependenţa dintre u(t) şi ε(t) variază continuu în timp;I.3. 1. a – instalaţia; b – dispozitiv; c – algoritm (lege); d – programe. 2. a – supravegherea; b – transmiterea; c – măsurabile. 3. a – continuu; b – execuţie; c – separată.

SUBIECTUL II II.1. 1– b; 2 – c; 3 – e; 4 – a; 5 – dII.2. – 1. Xi – mărime de intrare; Xm – mărime de execuţie; Xp – mărime perturbatoare; Xe – mărime de ieşire – 2. Sistemul de comandă automat este destinat să realizeze o lege de variaţie a mărimii de ieşire, fără a controla îndeplinirea efectivă a legii date de variaţie. – 3. Mărimea de intrare poate avea două moduri de variaţie: continuă şi discontinuă.

SUBIECTUL III

Semnalul de eroare a aplicat la intrare este transformat intr-un semnal numeric cu ajutorul unui convertor analog numeric (CAN). În acest mod semnalul continuu (analogic) aplicat la intrare este transformat într-o succesiune de impulsuri reprezentând cifrele ”0”şi „1” (semnal numeric sau digital).

78

TEMA NR.7. Automate programabile - schema bloc a unui AP- identificarea circuitelor componente- asocierea circuitelor componente schemei bloc- citirea instrucţiunilor- utilizarea AP modulare pentru aplicaţii de dimensiuni mici şi medii

(reglarea temperaturii, reglarea timpului, reglarea presiunii).

Fişa de documentare 7. 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.

79

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.

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).


Competenţe vizate:

26.3. Examinează utilizarea automatelor programabile cu prelucrare la nivel de bit la implementarea automatelor cu stări finite.

Obiective vizate: după parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să identificaţi circuitele componente din schema bloc a unui automat programabil, să citiţi instrucţiunile şi să inţelegeţi rolul automatelor programabile în sistemele de reglare automată a parametrilor din instalaţii tehnologice simple.

Durata: 300 minute.

Tipul activităţii: Peer learning – metoda grupurilor de experţi

Sugestii:

Elevii se vor organiza în grupe de 3-4.

Utilizând fişele de documentare dar şi alte surse de informare (internet, reviste de specialitate, caietul de notiţe, documentaţii tehnice, etc.) fiecare grupă va analiza la unitatea economică unde îşi desfăşoară stagiul de instruire practică un SRA condus cu automat programabil şi va realiza un referat care cuprinde cât mai multe date despre acesta

Evaluare: Fiecare referat va fi prezentat şi evaluat în faţa clasei.

80

Test de evaluare 7

A. Completaţi spaţiile libere:1. Automatele programabile sunt structuri destinate ....(1)..... proceselor industriale.2. Operatorul configurează ....(2)..... şi intervine în situaţii speciale.3. Structura minimală a unui sistem de conducere a proceselor cu automateprogramabile cu prelucrări Ia nivel de bit este formată din ......(3)..... unitaţi debază.4. Blocul comandă canal are rolul blocului de .....(4)..... şi ieşire date de Iaperifericele de intrare.5. Automatul programabil are rol în .....(5)..... de date, comandă şi reglare.

B. Stabiliti valoarea de adevăr a următoarelor afirmaţii:1. Cel mai utilizat criteriu de clasificare a automatelor programabile este cel aldimensiunii magistralei de date.2. Automatele programabile permit detectarea schimbărilor valorilor unorsemnale furnizate de diferite elemente şi prelucrarea informaţiilor furnizate deaceste elemente.3. Automatele programabile sunt structuri în care se găsesc memoriisemiconductoare, reţelele logice programate, microprocesoarele şi circuitelespecializate programabile.

C. Prezentaţi structura minimală a unui sistem de conducere a proceselorcu automate programabile cu prelucrari Ia nivel de bit.

Rezolvare:A: 1. conducerii;

2. regimurile de lucru;3. trei;4. multiplexare;5. achiziţia.

B: 1. Adevărat;2. Adevărat;3. Adevărat.

C:Structura minimală a unui sistem de conducere a proceselor cu automate programabile cu prelucrări la nivel de bit este formată din trei unităţi de bază:1. Procesorul central de prelucrare logică a programului rezident în memoria program.2. Modulele de intrare-ieşire ce realizează cuplarea cu procesul condus.3. Consola de programare ce permite configurarea sistemului de conducere.

Procesorul central (logic) de prelucrare a informaţiilor este compus dintrounitate centrală, memoria program, memoria pentru stocarea temporară a datelor, module de temporizare/contorizare şi din blocurile de multiplexare demultiplexare a canalelor de intrare, respectiv ieşire.

82

GLOSAR

Automatizare – introducerea unor dispozitive şi legături cu scopul de a realiza operaţiile de comandă şi reglare automată a procesului.

Automatica – reprezintă ramura ştiinţei care se ocupă cu studiul principiilor, metodelor şi mijloacelor prin intermediul cărora se asigură conducerea proceselor tehnologice fără intervenţia directă a operatorului uman. Comandă – ansamblul de operaţii ce se efectuează în circuit deschis şi care au ca efect stabilirea unei dependenţe după o lege prestabilită, pentru valoarea unei mărimi dintr-un proces în raport cu mărimi independente de acesta.

Comandă manuală – omul intervine asupra elementului de execuţie.

Comandă automată – comanda se realizează numai prin dispozitive prevăzute în acest scop.

Telecomanda – comanda se realizează de la distanţă (se folosesc metode şi dispozitive de teletransmitere).

Comanda secvenţială – se realizează după un program secvenţial ce fixează apriori succesiunea acţiunilor asupra unui sistem, unele acţiuni depind de executarea acţiunilor precedente sau de îndeplinirea în prealabil a unor condiţii

Comanda cu program – se realizează conform unui program

Semnalizare – ansamblul de operaţii care au ca efect declanşarea unor semnale de alarmă (optică, acustică) pentru a atrage atenţia asupra apariţiei unor situaţii normale - anormale în funcţionarea procesului.

Reglare (automată – manuală)- ansamblul de operaţii care au drept scop ca pe baza comparaţiei valorii măsurate a unei mărimi din proces cu o valoare prestabilită să acţioneze asupra procesului astfel că mărimea reglată să fie adusă sau menţinută la valoarea prescrisă prin:

- stabilirea unei dependenţe după o lege prestabilită pentru valoarea unei mărimi dintr-un proces în raport cu mărimi independente sau dependente de proces ;

- reducerea influenţei mărimilor perturbatoare asupra mărimilor din proces.Proces – ansamblul transformărilor, caracterizat prin una sau mai multe mărimi măsurabile, pentru care se realizează o automatizare.

Dispozitiv de automatizare – ansamblul de aparate şi legături care se conectează cu procesul în scopul realizării operaţiilor de comandă şi de reglare dorite.

83

Sistem automat – ansamblul cuprinzând procesul şi dispozitivul de automatizare.

Sensibilitate – caracteristica unui element care exprimă raportul dintre variaţia mărimii de ieşire şi variaţia mărimii de intrare care o produce, după ce regimul staţionar a fost atins.

Siguranţă în funcţionare – calitatea unui element de a funcţiona cu o probabilitate prestabilită un interval de timp determinat, fără să se depăşească valorile tolerate.

Element al sistemului automat – parte a sistemului automat care formează o unitate constructivă şi realizează una sau mai multe din funcţiunile sistemului automat. Un element are una sau mai multe mărimi de intrare şi o mărime de ieşire, prin care se primesc şi se transmit mărimile fizice caracteristice funcţionării elementului. Elementele componente ale unui sistem automat formează un ansamblu unificat dacă elementele sunt legate între ele prin semnale de intrare şi ieşire cu variaţii în domenii date (2…10 mA c.c. ; 1…5 mA c.c. ; 0…20 mA ; 0,2…1 daN/cm2

– kgf/m2).

84

Bibliografie:

1Borangiu Th., Dobrescu R.

Automate programabile Editura Matrix Rom, Bucureşti, 2007

2Chiţa 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

4Ghinea M., Fireţeanu V.

Matlab, calcul numeric - grafică -aplicaţii

Editura Teora, Bucureşti, 1995

5Ilaş 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

8Mareş F., ş.a.

Module de automatizare Editura Pax Aura Mundi, Galaţi, 2008

9Mînzu 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

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

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.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

09_relgarea automata a parametrilor proceselor tehnologice

Documents