automatizari_l8

LUCRRI DE LABORATOR LALUCRRI DE LABORATOR LA

AUTOMATIZAREA INSTALAIILORAUTOMATIZAREA INSTALAIILOR

1Asist.ing. Teodor V. Chira

Lucrarea 8 Elemente de execuie

Elementul de execuie este acel element de automatizare care efectueazElementul de execuie este acel element de automatizare care efectueaz

modificri n cadrul procesului automatizat (pe baza semnalului de comand

primit de la regulator) ntruct n majoritatea cazurilor elementul de execuieprimit de la regulator). ntruct n majoritatea cazurilor elementul de execuie

efectueaz lucru mecanic el are nevoie, pe lng semnalul de comand, de o

surs de energie (dac vorbim de un element de execuie electric va fisurs de energie (dac vorbim de un element de execuie electric va fi

necesar un circuit de for pentru alimentarea sa).

i t l iil t t ii l t l d i t fi d ln instalaiile pentru construcii elementele de execuie pot s fie, de exemplu:

pompe, ventilatoare, compresoare, clapete i jaluzele servoacionate (n

instalaii de ventilare i condiionare a aerului) ventile elctromagnetice i vaneinstalaii de ventilare i condiionare a aerului), ventile elctromagnetice i vane

servoacionate, arztoare, rezistene nclzitoare etc.

2


Un element de execuie este compus din elementul de acionare (parteamotoare) i organul de execuie propriu zis (organul de reglare)d t i t d t i ii d t El t l d i t f determinat de natura mrimii comandate. Elementul de acionare transformmrimea de comand c(t), ntr-o mrime motoare de execuie, pentru carenatura fizic i nivelul energetic sunt compatibile cu organul de reglare careacioneaz direct asupra procesului tehnologic prin intermediul mrimii m(t).Dup natura energiei utilizate n funcia de execuie, aceste elemente seclasific n: electrice pneumatice i hidrauliceclasific n: electrice, pneumatice i hidraulice.Dup modul de acionare clasificarea este: cu aciune continu, discontinu ide tip pas cu pas.n practic sunt utilizate dou tipuri de elemente de execuie, n funcie derelaia ntre mrimea de comand c, obinut la ieirea din regulator imrimea de execuie m:mrimea de execuie m:

- cu aciune integral (m este proporional cu integrala mrimii csau cu viteza de deplasare a tijei elementului de execuie);

i i l ( t i l )3

- cu aciune proporional (m este proporional cu c).


Principalele caliti ce trebuie luate n considerare pentru un element deexecuie sunt:

- puterea (sau cuplul) dezvoltat la ieire, corelat cu putereanecesar acionrii organului de reglare, pentru ntreg domeniul de ncrcareal procesului;al procesului;

- domeniul de liniaritate, ct mai mare al caracteristicilor statice, nvederea asigurrii sensibilitii necesare reglajului;

- precizie i fiabilitate ct mai performante;- viteze de rspuns ct mai mari (constante de timp de rspuns ct

i i i)mai mici);- posibilitatea reglrii vitezei n limite largi, cu inversarea sensului de

micare;micare;- soluii constructive ct mai simple (uor de ntreinut) i ct mai

economice.

4


Elemente de acionare pneumatic i hidraulicDin punct de vedere constructiv, aceste elemente pot fi: cu membran (cusimplu i dublu efect), cu piston (cu simplu i dublu efect) pentru micri desimplu i dublu efect), cu piston (cu simplu i dublu efect) pentru micri detranslaie respectiv cu palete, pentru micri unghiulare. Pot fi comandate deregulatoare electronice sau pneumatice. La utilizarea regulatorului electronic,cuplarea ntre regulator i elementul de execuie se face prin intermediul unuip g pconvertor electro-pneumatic, care transform liniar, semnalul unificat electric,ntr-un semnal unificat pneumatic.

p 5

1 21 2

34

567

34

p7

ABUR ABUR

5

7

El. acionare pneumatic: stnga de tip ND; dreapta de tip NI.


1 2p

1 2

5

343

4567

4p

ABUR7

ABUR

El t t 1 b l ti 2 i id i 3Elemente componente: 1 membran elastic; 2 capac rigid superior; 3 capac rigid inferior; 4 tij acionare ventil; 5 resort elicoidal; 6 corpularmturii(carcasa); 7 ventilul de reglaj.Se observ c la elementul de acionare de tip ND arcul menine ventilul nSe observ c la elementul de acionare de tip ND arcul menine ventilul npoziia deschis(n absena presiunii p) iar la cel de tip NI arcul menine ventiluln poziia nchis (n lipsa presiunii p). Presiunea p vine de la o surs de aercomprimat

6

comprimat.


S Pi t i l f t ( i i i f l ti t l i iSus: Piston cu simplu efect (presiunea p invinge fora elastic a resortului irezult deplasarea rectilinie ). Jos: Piston cu dublu efect (n acest cazdeplasarea rectilinie apare ca efect al rezultantei presiunilor p1 i p2, aplicatep p p p1 p2 pde-o parte i de alta a pistonului). Elemente componente: 1 cilindru; 2 piston; 3 resort elicoidal; 4 tij de acionare. Presiunile p, p1 i p2 potproveni de la o surs de aer comprimat (cilindri pneumatici) sau de la o pomp

7

proveni de la o surs de aer comprimat (cilindri pneumatici) sau de la o pomphidraulic (cilindri hidraulici).


Elemente de acionare electric

Acionarea electric a organelor de reglare se poate face:

-continuu, cu ajutorul motoarelor electrice de c.c. (clasice, pas cu pas, cu

reluctan variabil), motoare electrice monofazate, bifazat sau trifazate i cu

ajutorul motoarelor electrice cu rotor disc i a servomotoarelor electrice;

Servomotoarele constituie o categorie special de motoare electrice, la care

prin diverse metode (la cele moderne prin utilizarea unor traductoare i drivere

electronice) se cunoate n permanen poziia rotorului (sau elementului

mobil la micare rectilinie);

- discontinuu, cu ajutorul electromagneilor (n cazul automatizrilor n

i l iil ii l i l l il linstalaiile pt. construcii cel mai elocvent exemplu este ventilul

electromagnetic sau pe scurt electroventilul).

8

Lucrarea 8 Elemente de execuieElemente de acionare electric continue

Utilizarea motoarelor pas cu pas permite acionarea discret a organelor dereglarereglare.

Pentru puteri reduse necesare acionrii organului de execuie se utilizeaz caelement de execuie motorul de c.a. bifazat. Turaia axului motorului pentruo sarcin dat este proporional cu valoarea curentului din nfurarea decomand, iar sensul de rotaie depinde de faza curentului de comand,care este cu 90 n avans sau n urma curentului de lucru care circul princare este cu 90 n avans sau n urma curentului de lucru care circul prina doua nfurare a motorului. Cuplarea cu organul de reglare se face prinintermediul unui reductor de turaie, pentru a se asigura un cuplu mrit fad t t l i i t t d t i tibilit t t t i t l ide puterea motorului i totodat i o compatibilitate ntre turaia motorului,cu turaia de antrenare a organului de execuie.

Motorul de c.a. este un element robust, simplu i cu inerie mic, avantajecare-l situeaz naintea motorului de c.c. Motoarele electrice, ca elementede acionare, au viteza de rspuns mai redus dect cele pneumatice sauhidraulice dezvolt un cuplu mai redus pentru acelai volum dar sunt mai

9

hidraulice, dezvolt un cuplu mai redus pentru acelai volum, dar sunt maifiabile i mai uor de ntreinut.


Exemplu de elemente de execuie antrenate de motoare de c aExemplu de elemente de execuie antrenate de motoare de c.a.Stnga: pomp cu debit variabil antrenat cu motor de c.a. a crui turaie este reglat cu

ajutorul unui CSFV (convertor static de frecven variabil); 1 motor c.a.; 2 CSFV; 3 pomp cu debit variabil. Dreapta: Van acionat de un motor de c.a. Prinintermediul unui reductor de turaie cu roat melcat; 1 motor c.a.; 2 reductor curoat melcat; 3 tija de acionare; v armtura de reglaj (debitul prin conducta pe

10

roat melcat; 3 tija de acionare; v armtura de reglaj (debitul prin conducta pecare este montat vana se modific prin modificarea pierderilor de sarcin introdusede ventil).


Convertor static de frecven

variabil (CSFV), n l. Englez( ), g

Variable Frequency Drive (VFD)

utilizabil pentru alimentarea

motorului unei pompe cu scopul

reglrii debitului acesteia.

11


Pomp cu turaie variabil avnd CSFV-ul dedicat, montat pe corpul pompei.

12


Motoarele pas cu pas sunt motoare de o construcie special cu mai multenfurri sub form de poli, care sunt alimentate pe rnd(n c.c.), iar rotorul se t f i d i d li t t li P tnvrte n funcie de succesiunea de alimentare a acestor poli. Pentrualimentarea acestor motoare se utilizeaz dispozitive electronice specialconcepute, denumite drivere pentru motoare pas cu pas.

La apariia unui semnal de comand pe unul din polii statorici rotorul se va deplasapn cnd polii si se vor alinia n dreptul polilor opui statorici.

Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol n pol de unde i denumireaRotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol n pol, de unde i denumireasa de motor pas cu pas.

Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesar precizie ridicat (harddisc, copiatoare).

Constructiv m.p.p. se clasifica n:m.p.p. cu reluctan magnetic variabil;m.p.p. cu reluctan magnetic variabil;m.p.p. cu magnet permanent ;m.p.p. hibride.

13

Lucrarea 8 Elemente de execuieSchema principial a unui motor pas cu

pas cu reluctan magneticvariabil Aa cum se observ nvariabil. Aa cum se observ nfigur sunt alimentate simultan fazele1 i 1, apoi se trece la faza 2 i 2etc. pentru rotirea n sensul acelor deceasornic, respectiv se alimenteazfazele n ordine descresctoarefazele n ordine descresctoarepentru rotire n sens antiorar.

M.p.p. cu reluctan magnetic variabil: avantaje principale - frecvena maxim de comand atinge limite relativ mari si

deci se pot realiza viteze ridicate; construcie mecanic simpl; poate fi realizatdeci se pot realiza viteze ridicate; construcie mecanic simpl; poate fi realizat pentru o gama larg de pai unghiulari; este bidirecional dac dispune de un numar mrit de faze.

dezavantaje - nu memoreaz poziia i nu dezvolt cuplu electromagnetic n lipsa

14

dezavantaje nu memoreaz poziia i nu dezvolt cuplu electromagnetic n lipsa alimentrii fazelor statorice; oscilaii importante ale rotorului la alimenatarea unei singure faze statorice la un moment dat.

Lucrarea 8 Elemente de execuieSchema principial a unui motor pas cu

pas cu magnet permanent. Asa cum se observ n figur sunt alimentatese observ n figur sunt alimentate simultan fazele 1 i 1, apoi se trecela faza 2 i 2 etc. pentru rotirea n sensul acelor de ceasornic, respectiv se alimenteaz fazele n ordine descresctoare pentru rotire n sensdescresctoare pentru rotire n sens antiorar.

M.p.p. cu magnet permanent:Avantaje: dezvolt un cuplu de fixare al rotorului chiar n cazul nealimentrii fazelor;consum energetic mai redus; rotorul are o micare amortizat datorit prezeneiconsum energetic mai redus; rotorul are o micare amortizat datorit prezeneimagnetului permanent.Dezavantaje: performanele motorului sunt afectate de variaia caracteristicilormagneilor permaneni; tensiunea electromotoare indus n nfurarea de comand

15

magneilor permaneni; tensiunea electromotoare indus n nfurarea de comandare valori ridicate.


16


Configuraia unui driver pentru un motor pas cu pas (care este un motor de tipsincron) realizat cu ajutorul unui microprocesor 8066 avnd o frecven de tact

17

) j p de 8MHz.

Lucrarea 8 Elemente de execuien figura anterioar:TP semnific traductor de poziie al rotorului;A/N convertor analog numeric;DIS bl di t ib it ( t li li t i f l )DIS bloc distribuitor (acest realizeaz alimentarea succesiv a fazelor);TC - traductoare de curent;A i B dou faze succesive ale motorului pas cu pas.n partea superioar este detaliat partea de alimentare a motorului pas cu pasn partea superioar este detaliat partea de alimentare a motorului pas cu pas

realizat cu tranzistoare.

18Motoare pas cu pas

Lucrarea 8 Elemente de execuien anumite situaii poate fi necesar acionarea rectilinie cu ajutorul unor elemente

de execuie electrice (alternativ s-ar putea utiliza cilindri pneumatici sau hidraulici). Astfel de elemente de poziionare sunt actuatoarele liniare prezentate tin continuare.

Servomotorul electric SE antreneaz, prin intermediul reductorului R, transmisiaurub-piuli TSP. Piulia este cuplat rigid cu tija T care are o micare de translaie.Limitatoarele de curs LC1 i LC2 asigur respectarea micrii tijei T n limiteleLimitatoarele de curs LC1 i LC2 asigur respectarea micrii tijei T n limitelecursei mecanice impuse.

19


Actuatoare liniare de diferite dimensiuni

20

Actuatoare liniare de diferite dimensiuni


Elemente de acionare electric discontinue (tip tot nimic).Acionarea cu electromagnei se caracterizeaz prin realizarea a numai 2 poziii ale

organului de reglare deschis sau nchis. Asemenea elemente de acionare suntfrecvent ntlnite n reglrile industriale bipoziionale. Trecerea dintr-o starestaionar n cealalt stare staionar se realizeaz ntr un timp scurt (0 1 sec)staionar n cealalt stare staionar se realizeaz ntr-un timp scurt (0,1 sec),la aplicarea semnalului de comand maxim.

Electroventilul este un exemplu de electromagnet asociat cu un ventil ca organde execuie (ventil electromagnetic); El este frecvent utilizat n instalaiile pentru

t ii l t d iconstrucii ca element de execuie.Dup poziia normal (poziie staionar - neacionat) electroventilele pot s fie de

tip normal nchis (NI) sau normal deschis (ND). Alimentarea electromagnetuluitip normal nchis (NI) sau normal deschis (ND). Alimentarea electromagnetuluise poate face n c.c. (la tensiuni 6, 12, 24, 110V) sau n c.a. (24, 110, 250,400V).

21

Lucrarea 8 Elemente de execuieElectroventil de tip NI:Electroventil de tip NI:1 bobina electromagnetului; 2 armtura

mobil a electromagnetului; 4 resortelicoidal; 5 disc suport pentru resort; 6 corpul armturii; 7 ventilul.

b t i ii i l l b ln absena tensiunii nominale la bornelebobinei resortul menine ventilul presat pescaunul ventilului nchiznd calea descaunul ventilului nchiznd calea detrecere a fluidului. La energizarea bobineifora magnetic nvinge fora elastic aresortului i ndeprteaz ventilul descaunul su (l ridic pe distana ) lsnds treac fluidul prin armtur Las treac fluidul prin armtur. Laelectroventilele de tip ND funcionareaeste invers.

22


Diferite variante constructive de electroventile; Sus electroventileelectroventile; Sus electroventile pentru lichide; Stnga jos -electroventil pt. Gaz (CO2).

23


Robinete de reglare servoacionate:Spre deosebire de ventilele electromagnetice, robinetele (sau vanele) servoacionate

pot lua orice poziie ntre deschis i nchis, fiind aadar utilizabile pentru reglajulcontinuu al debitului fluidelor pe conducte.

La robinetele de reglare mrimea de intrare este mecanic (deplasare) determinatLa robinetele de reglare, mrimea de intrare este mecanic (deplasare) determinatde elementul de acionare, iar mrimea de ieire este debitul de fluid introdus sauevacuat spre, respectiv din instalaia tehnologic (procesul reglat). Relaiamatematic ce exprim legtura dintre debitul de fluid printr-un robinet de reglarei seciunea de trecere a acestuia:

PR

RQRPsCQ

Unde QR este debitul prin robinet;CQ coeficient de debit care caracterizeaz rezistena hidraulic a robinetului;sR suprafaa seciunii de trecere a fluidului prin robinet;

24PR cderea de presiune pe robinet; densitatea fluidului.


Cderea de presiune pe robinet , datorat rezistenei hidraulice a robinetului, estevariabil i dependent de tipul fluidului i de caracteristicile constructive alerobinetului.

C0R PPP PPP este cderea total de presiune ntre sursa de fluid i procesul tehnologic ;210 PPP este cderea total de presiune ntre sursa de fluid i procesul tehnologic ;

CP cderea de presiune pe conducta de legtur de la surs la robinet, nsumat cucderea de presiune pe conducta de la robinet la proces;

Se poate observa c debitul fluidului prin robinet nu depinde numai de poziiaventilului (mai nchis sau mai deschis), respectiv de poziia tijei de reglare ci i de( ) p p j g sistemul hidraulic n care este montat robinetul, adic de cderile de presiune.De asemenea trebuie observat c robinetul influeneaz debitul, prin construcia sageometric, fluidul prin caracteristicile proprii, iar sistemul hidraulic, prin presiuneadate de surs i cderile de presiune pe conductele de legtur.

25


Influena robinetului se concretizeaz printr-un coeficient , care se definete prin relaia: hKsCK

unde, h este cursa ventilului (h N este cursa nominal, adic distana maxim dintre scaunul ventilului i ventilul propriu zis al robinetului)

hKsCK VRQV

Semnificaia fizic a acestui coeficient se observ din interpretarea relaiei:

dintre scaunul ventilului i ventilul propriu zis al robinetului).

Q

R

RV P

QK

i are semnificaia c exprim, debitul n m3/or, al unui fluid ce trece prin robinet,fl id d it t 1K /d 3 ( ) d d d i dfluid cu densitatea=1Kg/dm3 (ap), care produce o cdere de presiune de1daN/cm3, adic un debit specific ce trece prin robinetul de reglare n condiiileprecizate. Acest coeficient este cunoscut n tehnica reglrii automate sub denumirea

26de caracteristica intrinsec a unui robinet.

Lucrarea 8 Elemente de execuieK valoarea de debit minim care mai poate trece prin robinet pentru h =0;KV0 - valoarea de debit minim care mai poate trece prin robinet, pentru h =0;KVS - valoarea de debit maxim care trece prin robinet, pentru h=hN;

i t l iil d t ti tili n instalaiile de automatizare se utilizeaz

tipuri de caracteristici intrinseci ale

ventilelor de reglaj denumite astfel:ventilelor de reglaj denumite astfel:

- caracteristica de tip liniar 1;

- caracteristica de tip logaritmic 2;- caracteristica de tip logaritmic 2;

- caracteristica de deschidere

(nchidere) de tip rapid 3;(nchidere) de tip rapid 3;

27

Lucrarea 8 Elemente de execuieUn parametru caracteristic pentru robinetul de reglare l reprezint raportul de reglare:

VSKR0V

VSR K

R

Acesta definete lrgimea domeniului de reglare de la o valoare minim K la oAcesta definete lrgimea domeniului de reglare de la o valoare minim KV0 , la ovaloare nominal KVS . Calculul debitului care trece printr-un robinet, presupunecunoaterea valorii corespunztoare a lui KV, innd seama de relaia

R

VRPKQ

Alegerea robinetului se face n funcie de valoarea lui KV, innd seama de naturafl id l i d i til fl id l i i d t t i t l i hid li d l i

fluidului, de proprietile fluidului i de structura sistemului hidraulic n cadrul cruiaeste montat robinetul de reglare. Caracteristica static a unui robinet de reglare[QR=Q(h)] se definete, innd seama de faptul c, n funcie de tipul robinetului i

28de sistemul hidraulic, cderea de presiune pe robinet este variabil.

Lucrarea 8 Elemente de execuieAlegerea elementelor de execuie

O prim etap n alegerea elementului de execuie const n alegerea idimensionarea organului de acionare n funcie de tipul procesului, dedimensionarea organului de acionare n funcie de tipul procesului, decaracteristica static a acestuia, de caracteristicile fluidului introdus sauevacuat, de traseul pe care se monteaz organul de reglare i de

t b iil i l iperturbaiile ce acioneaz asupra procesului.La alegerea unui organ de reglare a debitului de fluid trebuie parcurse etapele:1. Se calculeaz pierderile de presiune pe conduct corespunztoare debitului

maxim, nominal i minim;2. n funcie de pierderile de presiune care rezult pe robinet, se alege

caracteristica static de lucru a robinetului de reglare precum i tipulcaracteristica static de lucru a robinetului de reglare, precum i tipulcaracteristicii intrinseci a acestuia (liniar sau logaritmic);

3. Se determin presiunea sursei pentru debitul maxim i se precizeazcaracteristica static a sursei de presiune;

4. Se determin cderea de presiune minim pe robinetul de reglare, inndseama de pierderea minim de presiune n sistem i pe conduct;

29

p p p ;

Lucrarea 8 Elemente de execuieAlegerea elementelor de execuie

5. Se aleg variantele constructive ale ventilului i robinetului de reglare, funcie

d t i ti il fl id l i i d d d i bi tde caracteristicile fluidului i de cderea de presiune pe robinet;

6. Se calculeaz Kv al robinetului de reglare corespunztor debitului maximKv max debitul minim Kv min i se alege din catalog Kvs innd seamaKv max, debitul minim Kv min, i se alege din catalog Kvs, innd seamade relaiile: Kvs (1,25 1,4) Kv max ; Kv min 1,2 Kv 0;

7. Se verific dac este ndeplinit condiia: Kvs /Kv min


31

Lucrarea 8 Elemente de execuieLa elementele cu trei ci, caracteristica intrinsec se refer la una din ci (de

ex. A B) i se urmrete ca permanent debitul de intrare s fie egal cu

d bit l l l lt d i i dif t d P t lsuma debitelor pe celelalte dou ci, indiferent de curs. Pentru alegerea

robinetelor se determin

Qmax este debitul maxim, n m3/h;

t t ifi d N/d 3 greutatea specific, n daN/dm3

pr pierderea de presiune admis pe robinet la debit maxim, n daN/cm2;

Cu valoarea rezultat pentru Kv calcul se caut n tabelele productorilor deCu valoarea rezultat pentru Kv calcul se caut n tabelele productorilor de

robinete de reglare i se ia valoarea cea mai apropiat de Kv calcul,

respectiv Kvs. La acest Kvs rezult diametrul scaunului Ds, care se ia mai

32

p ,

mic sau egal cu diametrul nominal al flanei de prindere Dn.


Caracteristici intrinseci ale unor

robinete de reglare cu treirobinete de reglare cu trei

ci (cile reglate cu

caracteristici logaritmice).g )

33


Diferite tipuri de vane servoacionate.

Stnga van cu 3 ci; Sus vaneStnga - van cu 3 ci; Sus - vane

de tip fluture (cea din centru cu dubl

acionare: servo i maual); );

Centru-jos: van cu sfer.

34

Lucrarea 8 Elemente de execuieVan cu dubl acionare: manual i cu motor c.a+reductor cu melc.

1 indicator poziie;1 indicator poziie;

2 condensator;

3 reglet conexiuni el.;3 reglet conexiuni el.;

4 limitator curs;

5 corpul vanei;

6 baz;

7 flan conectare;

8 geam transparent;

9 motor c.a.;

10 i t l it10 - rezist. nclzitoare;

11 - roat ac. manual;

12 - cuplaj ac man ;12 cuplaj ac. man.;

13 - levier cuplare

acionare manual;

3514 - reductor cu melc.

automatizari_l8

Documents