MEMORIU JUSTIFICATIV

Procesele tehnologice lente sunt caracterizate prin viteze reduse devariaie ale mrimilor reglate; ele se ntlnesc n industria chimica, metalurgicaetc, iar mrimile care trebuie sa fie reglate sunt: temperatura, presiunea, debitulnivelului, concentraia, pH-ul, umiditatea.Viteza redusa de variaie a mrimilor din instalaiile tehnologice ca idificultatea msurrii cu precizie a parametrilor acestor instalaii impunconstruirea unor regulatoare automate avnd parametrii constanii n timp ireglabili n limite largi.n majoritatea cazurilor se folosesc pentru reglarea proceselor lente echipamenteaparinnd unor sisteme unificare. Circuitele electronice pentru reglarea proceselor lente cuprind: adaptoare,regulatoare, traductoare i circuite de calcul. Astfel de echipamente electronicelucreaz cu semnal unificat.Sistemul unificat SEROM, pentru procese lente este fabricat n ara noastr.Un salt calitativ n construcia echipamentelor de reglare automata s-a fcut odata cu introducerea n structura lor a circuitelor integrate.

18

I. AMPLIFICATOARE OPERAIONALE

Amplificatoarele operaionale, sunt amplificatoare de curent continuu cureacie negativ interioar i prevzute cu o bucl de reacie negativ extern,care iniial puteau executa diferite operaii, ca adunare, scdere, nmulire imprire cu o constant i cu extindere n c. a,, operaii mai complexe ca:derivare, integrare, obinerea de funcii logaritmice etc. n prezent, domeniul lorde utilizare este mult mai extins. Prevzute n bucla de reacie cu reelecomplexe, amplificatoarele operaionale actuale pot realiza cele mai diversefuncii, cu performane ridicate i perfect controlabile.Amplificatoarele operaionale pot prezenta, n caz general, dou intrri i douieiri, putnd lucra n urmtoarele variante:- cu o singur intrare i ieire;- cu dou intrri i dou ieiri;- cu dou intrri i o ieire,n cele ce urmeaz se vor trata amplificatoarele operaionale modeme, respectivcircuitele integrate monolitice liniare, cu dou intrri i o ieire.

Simbolul unui AO este reprezentat n fig. 1.1Se observ c intrrile sunt notate cu +" i cu - ", Aplicnd un semnal laintrarea +", la ieire se obine un semnal n faz cu cel de la intrare. Intrarea +"se numete neinversoare de faz

^y

Figura 1.1.

Aplicnd un semnai pe borna - ",, el se regsete la ieire n opoziie de faz, Aceast intrare se numete inversoare. Dup cum se aplic semnalul pe una sau pe cealalt din borne, amplificatorul se numete neinvesor sau inversor.

18

Parametrii principali ai amplificatoarelor operaionale i consecinele lor cele mai importante sunt;- au o impedan de intrare teoretic infinit - practic foarte mare; n consecin curentul de intrare n AO este teoretic O, practic foarte mic - au o deriv a tensiunii nul (nu apare semnal la ieire n absena semnalelor de intrare); consecina este c tensiunea de decalaj de intrare (care ar trebui aplicat pentru a anula deriva) este nul; - au o impedan de ieire teoretic zero, practic foarte mic; n consecin, valoarea tensiunii de ieire nu depinde de rezistena de sarcin;

- amplificarea n bucl deschis este teoretic infinit, practic extrem de mare, ceea ce duce la consecina c diferena de tensiune ntre cele dou intrri s fie nul.

I.1. AMPLIFICATOR OPERAIONAL INVERSOR

Schema de principiu este reprezentat n fig. 2. Semnalul se aplic pe borna notat ( -), iar borna ( + ) este legat la mas, Aplicnd teorema nti a lui Kirchhoff n jurul nodului de intrare, se obine relaia;I1+Ir = Ii ,I1 - este curentul dat de tensiunea aplicat la intrarea (-);Ir - curentul de reacie, ce apare prin bucla deschis format de rezistena R2;1i - curentul prin intrarea amplificatorului operaional

Fig.1. 2 Amplificator operaional inversor

Deoarece Z1=, Ii = 0,deci; I1= -Ir

dar: I1= 11

RVV A

= 11

RV

deoarece VA=VB

18

Se obine astfel: 11

RV

= 20

RV

i deci: A(-)= 10

VV

=- 12

RR

Se observ semnalul ( - ) indicnd tensiunea de ieire este n opoziie de faz fa de cea de intrare.Unele proprieti ale AO inversor se pot deduce din aceast relaie .

Astfel:

o nmulirea cu o constant. Punnd condiia: k>1,se obine;

deci tensiunea de ieire reproduce tensiunea de intrare, multiplicat de k ori. o mprirea cu o constant:Dac:

k>1

Atunci:

Deci tensiunea de ieire este o fraciune a tensiunii de intrare. Circuit repetor.

Pentru R2 =R1 V0=-V1Se observ ca prin montarea n cascad a unui numr par de amplificatoare,se pot obine tensiuni n faz cu cele de intrare.

Fig2. 3 Amplificator operaional inversor sumator

18

R2=kR1 V0=-kV1

R2= kR1

V0= kV1

Circuit sumator. n cazul cnd la intrarea inversoare se aplic mai multe tensiuni, prin intermediul unor rezistene, la ieire se obine un semnal n antifaz, proporional n modul cu suma lor. n schema din figura 2.3 se pot scrie relaiile aplicnd prima teorem a lui Kirchhoff n jurul nodului A;

(I1+ I2 +I3 +I4 ++In) +Ir= Ii

Ii=0; Ir= -V0/R ;Ik =Vk/Rk

n

k k

k

RV

1 =- RV0

Presupunnd, pentru simplificareR1=R2=R3=.=RRezult :

V0=-

n

KkV

1

1.2. AMPLIFICATOR OPERAIONAL NEINVERSOR

n acest caz semnalul se aplic pe borna +". Schema amplificatorului este reprezentat n figura2.4. n acest caz, pentru a deduce valoarea amplificrii, se observ c tensiunea ntre borna A i mas se obine din circuitul R1, R2 alimentat de tensiunea de ieire astfel:

VA=1

21

0 RRR

V

Dar, deoarece A = atunci VA-VB=0 , deci VA= VB=V1(V1reprezinttensiunea de intrare). n acest caz :

V1= 210

RRV R1

18

Fig1.5 Amplificator operaioal neinversor

Notnd:

se observ c semnalul de ieire este n faz ca cel de intrare.Proprietile acestui amplificator se pot deduce ca i n cazul celui inversor,din formula amplificrii. Se observ c ei nu se poate diviza deoarecedect n cazul cnd una din rezistene se nlocuiete cu un dispozitiv ceprezint rezisten negativ (diode tunel).Cu elemente fizice obinuite, el poate realiza urmtoarele:

O nmulirea cu o constant . Se pune condiia:

Atunci:

o Sumator. Pe circuitul din figura 1.6 se pot stabili urmtoarele relaii:

VA= "'0

RRV R

n jurul nodului B, aplicnd prima teorem a lui Kirchhoff, obinem:

I1+I2+..+In=Ii=0

18

Vo= kV1

n care:

I1= 1RVV BA

.

.

.

.

In= nBn

RVV

nlocuind obinem:

......1

1

RVV B 0

n

Bn

RVV

Presupunnd pentru simplificare R1=R2=.=Rn=Rgsim:

k

n

kk nVV

1

Fig 1.6 Aplificator operaional neinversor sumator

Dar:

VB=VA= ",0

RRV

Deci:

n

kkV

1 =n",

0

RRV R

dac :

Se observ c la ieire s-a obinut suma tensiunilor aplicat la intrare, n aceeai faza.Pentru a funciona n curent alternativ, amplificatorul operaional trebuie safie prevzut cu condensatoare pe circuitele de semnal sau pe cele de reacie

18

V0=

n

kkV

1

dup scopul urmrit . Obinerea unei amplificri liniare impune alegereajudicioas a valorilor condensatoare folosite.

II. S.R.A .PENTRU PROCESE LENTE GENERALITI

Reglarea are sarcina de a aduce i da a menine o mrime fizica dintr-unproces tehnologic la o anumita valoare. Aceast mrime fizica se numetemrime reglat. Valoarea la care trebuie adus mrimea reglat se numetemrime de referin, mrime prescris sau mrime de consemn.

Un proces tehnologic nu se prezint niciodat timp ndelungat n stare deechilibru. El este continuu perturbat i deci trebuie continuu reglat printr-ointervenie manuala sau automat pentru a compensa perturbaiile care apar. nacest scop, mrimea reglat este msurat i comparat prin diferen cumrimea de referin. Dac aceast diferen este diferit de zero, se efectueazcorectare n procesul reglat pentru a se obine o egalitate ntre mrimea reglat imrimea prescris.

Reglarea automat se definete ca fiind un ansamblu de operaii care seefectueaz n circuit nchis, alctuind o bucla de reglare echipat cu dispozitiveanume prevzute, cu ajutorul crora se efectueaz o comparaie prin diferen avalorii msurate a unei mrimii din procesul reglat, cu o valoare prestabilit constant sau variabil n timp i se acioneaz asupra procesului astfel nct sse tind anularea acestei diferente.

Simboluri i semne convenionale n schemele bloc ale SRA.

18

Mrimea (semnalului) Semn convenional SemnificaiaMrime de intrare iMrime de ieire e i, e

Sgeata indic sensul n carecircul semnalul (sensul

realizrii aciunii)Punct de bifurcaie a unui

semnalx x

x

Ramificarea semnalului x n doudirecii, fr a fi modificat

Punct n care se face sumasau diferena a dousemnale sau mrimi

z x

y

x=zySuma sau diferena se indic prin

semnul + sau minus ataatmrimii y

Element de automatizare(de exemplu regulator,

element de execuie etc.)

Reprezentarea bloc a unuielement de reglare automat. n

interiorul dreptunghiului senscrie simbolul elementului (R,

E, M etc.). De reinut cdependena ieire intrare aresens unic (ieirea depinde de

intrare.

Schema bloc a unui SRA

18

r

z

DR E P

M

z a c m e

DA

Explicarea schemei bloc a SRA-ului:

A) Proces (simbol P). Mrime de ieire (simbol e). Mrimea din procesultehnologic pentru care se realizeaz reglarea automat se numete mrime deieire i se noteaz cu e. Sistemul de reglare automat se ataeaz procesului cuscopul obinerii unei anumite valori pentru mrimea de ieire, care este stabilitprin forma mrimii de intrare i n sistemul de reglare automat.

B) Element de msurare (simbol M). Mrime de reacie (simbol r). Acestelement denumit traductor, servete pentru msurarea mrimii de ieire e dinproces. Mrimea de ieire din traductor se numete mrime de reacie i senoteaz cu r.

C) Element de comparaie (simbol D). Mrime de intrare (simbol i). Mrime de acionare (simbol a). n elementul de comparaie se realizeazurmtoarea relaie: a= i r.Mrimea de intrare i se aplic sistemului de reglare automat ca o intrare aelementului de comparaie, bineneles avnd aceeai natur fizic ca i mrimeade reacie r. Dac i este variabil n timp, sistemul de reglare se numete sistemde urmrire. Sistemul de reglare are drept scop s aduc mrimea de ieire e laegalitate cu mrimea de intrare i.

D) Regulator (simbol R). Mrime de comand (simbol c). Regulatorul automatR primete la intrare mrimea de acionare a i produce la ieire mrimea de

comand c. Mrimea c este o funcie prestabilit de mrimea a i de derivata iintegrala n raport cu timpul ale lui a funcie de legea de reglare ndeplinit.

E) Element de execuie (simbol E). Mrime de execuie (simbol m). Mrimea decomand c se aplic la intrarea elementului de execuie E. Mrimea de ieire aacestui element, denumit mrime de execuie i notat cu m, se aplicprocesului P cu scopul de a influena desfurarea acestuia i s obine mrimeade ieire e n conformitate cu cerinele.

18

n numeroase aplicaii industriale, se intercaleaz ntre regulator i elementul deexecuie un adaptor (convertor), care transform mrimea de comand n altmrime fizic.

F) mrime de perturbaie (simbol z). Orice mrime, alta dect mrimea deexecuie m, aplicat din exterior procesului reglat i care tinde s influenezemrimea de ieire e a sistemului de reglare automat, se numete mrime deperturbaie.

III. CIRCUITE DE CALCUL PENTRU REGLAREA PROCESELOR LENTE.

n acest paragraf sunt trecute n revist cteva elemente analogice de calcul dinsistemul SEROM. Ele servesc pentru realizarea unor operaii algebrice

18

elementare (adunarea, scderea, nmulirea unor semnale). Oricare element din cele expuse n continuare are trei etaje:- etajul de intrare, cu impedan de intrare mare, destinat depolarizriisemnalelor de intrare;-etajul de calcul, realizat cu amplificatoare operaionale integrate, destinatefecturii operaiei de calcul;-etajul de ieire cu impedan de ieire mic, destinat conversiei semnaluluiintern ntr-un semnal unificat.Elementul de adunare- scdere ELX-212 este realizat, cu ajutorul unuiamplificator operaional n montaj de sumator cu patru intrri. Semnalele de.intrare i cel de ieire variaz n gama 4 20 mA. Relaia de calcul realizateste:

Y= K 1(X1-4) K2(X2-4) K3(X3-4) K4(X4-4)+4

unde semnalele X1, X2, X3, X3 sunt semnale analogice de intrare iar Y estesemnalul de ieire (aceste semnale sunt exprimate n miliamperi). CoeficieniiK1 K2, K3, K4 sunt reglabili manual iar semnul fiecrui semnal de intrare estestabilit prin conectarea lui la borna inversoare sau cea neinversoare aamplificatorului operaionali.Elementele analogice de inmulire-imprire ELX-232 folosesc, pe lng unamplificator operaional, unul sau mai multe multiplicatoare cu transcon-ductan. Principiul de funcionare al acestui multiplicator este ilustrat, cuajutorul figurii 3.1.

Fig. 3.1. Schema de principiu a multiplicatorului cu transconductan.

n analiza funcionrii acestei scheme trebuie s se inseama de dou particulariti:- tensiunea U ndeplinete condiia Ux

i mas:IE1+IEe2=IE

Curentul de emitor al unui tranzistor n conexiune EC are expresia:

IE=IES(eqUBE-1) IESeqUBE/kT

unde s-a notat:IE este curentul de emitor;IES- curentul de emitor de saturaie n conducie invers(IES=10-12 10-14A);UBE -- tensiunea baz-emitor;q - sarcina electronului;k - constanta lui Boltzmann;T temperatura absolut a jonciunii.Se deriveaz aceast expresie:

BE

E

dUdI

= kTq

IES IESeqUBE/kT= kTq

IEi se trece la creteri finite - IE,UBE:

IE= kTq

UBE

Se aplic aceast relaie ambelor tranzistoare:

IE1= kTq

IE1UBE

IE2= kTq

IE2UBE

Datorit simetriei schemei, se poate considera:

IE1 IE2 2EI

Fcnd diferena dintre cele dou variaii ale curenilor de emitor, se obine:

IE1- IE2= kTq

2EI

(UBE1-UBE2)i ntruct

Ux=UBE1-UBE2

18

rezult

IE1- IE2= kTq

2EI

Ux

Pe de alt parte,

Ue=RC( IE1- IE2)= kTq

2 RCIEUx

Mrimea S= kTq

2 RcIE se numete transconductant; valoarea ei poate fimodificat prin variaia curentului IE. Dac generatorul de curent dintre emitorulcomun i mas este astfel realizat nct curentul generat s fie proporional cu otensiune de comand Uy (IE=K1Uy), tensiunea de ieire a circuitului devine:

Ue= kTq

2 RCK1UxUy=KmUxUy

unde Km= kTq

2 K1RCeste coeficientul de transfer al multiplicatorului.Este, aadar, evident capacitatea circuitului de a efectua produsul a doutensiuni.n continuare sunt prezentate cele trei variante ale circuitului ELX-232.

Elementul de nmulire ELX-232-1 utilizeaz un singur multipli-cator analogic pe principiul trans-conductantei, realiznd relaia decalcul:

Y=Y0+K(X1-X10)(X2-X20)

unde mrimile X1,X2, Y sunt tensiunile corespunztoare semnalelor de intrare isemnalului de ieire iar X10, X20, Y0 sunt tensiunile corespunztoare nivelului dezero) ale celor trei semnale.

Elementul de mprire ELX-232-2 folosete un multiplicatoranalogic pe calea de reacie a unui amplificator operaional .

18

Fig. 3.2.. Elementul de mprire ELX232-2.

Relaia de calcul se obine scriind egalitatea curenilor din rezistenele R1i R2pe baza primei legi a lui Kirchhoff aplicat pe borna inversoare aamplificatorului operaional:

I1=- I2

1

101 0RXX

=- 2RZ

1

101

RXX

=- 22200 ))((

RXXYY

Y-Y0= 20211012

XXRXXR

Y=Y0+K 202101

XXXX

Unde mrimile X1,X2, Y sunt tensiunile corespunztoare semnalelor de intrare de ieire iar X10 ,X20 ,Y sunt tensiunile corespunztoare nivelului de zero.

Elementul de nmulire-mprire ELX-232-3 utilizeaz doumultiplicatoare analogice ntr-un sumator realizat cu un amplificatoroperaional (fig. 3.3.). Relaia de calcul realizat de acest element este:

Y=Y0+K 303202101 ))((

XXXXXX

unde s-au folosit, aceleai notaii i aceleai metode de deducere ca i n cazurileprecedente.

18

Fig. 3.3. Elementul de inmulire-mprire ELX 232-3.

Elementul pentru extragerea rdcinii ptrate ELX-222 folosete un singurmultiplicator conectat pe circuitul de reacie negativ a sumatorului (fig. 3.4).Relaia de calcul realizat de acest circuit se deduce la fel ca n cazurileprecedente:

iar notaiile folosite sunt aceleai.

Fig.3.4. Elementul pentru extragerea rdcinii ptrate 222-3.

18

CUPRINS

MEMORIU JUSTIFICATIV.1

I. AMPLIFICATOARE OPERAIONALE2

I.1. AMPLIFICATOR OPERAIONAL INVERSOR..3

I.2. AMPLIFICATOR OPERAIONAL NEINVERSOR5

II. S.R.A .PENTRU PROCESE LENTE GENERALITI.8

III. CIRCUITE DE CALCUL PENTRU REGLAREA PROCESELOR LENTE11

BIBLIOGRAFIE..16

18

BIBLIOGRAFIE

Acionri i Automatizri St. Popescu - E. Dumbrav - O. Samuilescu - D. Mihoc

Aparate, echipamente i instalaii de electronic industrial:- Alexandru Iulian Stan- Traian Cnescu- Mihai Humulescu- Drago Simulescu

18