AUTOMATIZAREA PROCESELOR TEHNOLOGICE SI BIOTEHNOLOGICE

3/1/15 1

Cuprins

CAPITOLUL 1: Conceptele generale ale automaticii1.1 Introducere. Sisteme, structuri de sisteme automate1.2 Clasificarea sistemelor automate1.3 Reprezentarea simbolică a SRA 1.4 Particularităţile automatizării în industria alimentară şi în protecţia

mediului

CAPITOLUL 2: Procesul tehnologic obiect al automatizării2.1 Procesul ca sistem intrare - ieşire

2.2 Procesul ca sistem intrare – stare - ieşire

2.3 Exemplificări analiză procese tehnologice

3/1/15 2

AUTOMATIZAREA PROCESELOR TEHNOLOGICE SI BIOTEHNOLOGICE

Curs 2

Capitolul 1. Consideratii generale asupra automaticii

(continuare)1.1 Introducere. Sisteme, structuri de sisteme automate1.2 Clasificarea sistemelor automate1.3 Reprezentarea simbolică a SRA 1.4 Particularităţile automatizării în industria

alimentară şi în protecţia mediului3/1/15 3

1.2 Clasificarea sistemelor automate

3/1/15 4

Clasificarea generala a sistemelor

• Sistemele de reglare automată se pot clasifica după obiectivul final al funcţiei de reglare în două mari categorii:

• SRA convenţionale: sisteme de rejecţie a perturbaţiilor (cu referinţă fixă): în acest

caz, SRA asigură funcţionarea procesului într-un regim staţionar fixat prin r(t)=ct, indiferent de acţiunea perturbaţiilor aditive;

sisteme de urmarire (cu referinţă variabilă): funcţia de reglare are ca efect final urmărirea cât mai fidelă de către mărimea măsurată a mărimii de referinţă;

• SRA specializate: adaptive, optimale sau extremale.

3/1/15 5

Sistemele de reglare automată se pot clasifica şi în funcţie de:

a) viteza de variaţie a mărimii de la ieşire (viteza de răspuns a obiectului condus):

• SRA pentru procese lente: sunt cele mai răspândite datorită faptului că instalaţiile tehnologice industriale se caracterizează printr-o anumită inerţie;

• SRA pentru procese rapide: sunt cele destinate, de exemplu, maşinilor şi acţionărilor electrice (reglarea turaţiei motoarelor, reglarea tensiunii generatoarelor).

3/1/15 6

b) numărul de intrări şi de ieşiri:• SRA cu o singură mărime de intrare şi o singură mărime de ieşire

(mărimea comandată sau mărimea reglată);• SRA cu mai multe intrări şi ieşiri (cazul sistemelor de reglaremultivariabile)c) natura comenzii:• SRA cu comandă continuă, la care mărimea de ieşire a fiecarui

element component este o funcţie continuă de mărimea sa de intrare;

• SRA cu acţiune discontinuă (discretă), la care mărimea de ieşire a regulatorului este reprezentată de o succesiune de impulsuri de comandă, fie modulate în amplitudine sau durată (sistemele cu impulsuri), fie codificate (cazul sistemelor numerice),

3/1/15 7

d) gradul de complexitate al schemei bloc:• SRA cu o singură buclă de reglare;

• SRA cu mai multe bucle de reglare (de exemplu sistemele de reglare în cascadă).

3/1/15 8

1.3 Reprezentarea simbolică a SRA

Sisteme de reglare automată (SRA)

SRA sunt sisteme cu conexiune inversă (cu buclă de reacţie sau cu circuit închis) care îşi decid comportamentul faţă de mărimile externe pe baza mărimii de eroare generate în mod automat, cu scopul expres al anulării acesteia.

Prin intermediul reacţiei negative este posibilă pe lângă stabilizarea unor sisteme natural instabile, îmbunătăţirea performanţelor sistemului în circuit închis şi atenuarea perturbaţiilor externe nemăsurabile.

3/1/15 9

3/1/15 10

Semnal de control Temperatura

Reprezentarea simbolică a SRA

1.4 Particularităţile automatizării în industria alimentară şi în protecţia mediului

Automatizarea in industria alimentara inseamna, aproape de fiecare data, o serie de echipamente indispensabile, fara de care solutiile tehnice si serviciile de proiectare nu ar putea fi implementate, indiferent ca este vorba despre o fabrica de lapte, carne si preparate din carne sau o linie de imbuteliere.

3/1/15 11

Exemple:Echipamente de proces fabricate din materiale speciale, dedicate

industriei alimentare;Echipamente pentru prelucrarea pulberilor si materialelor

granulare: • Filtre; Ventilatoare; Instalatii de transport pneumatic; �• Concasoare Mori pentru obtinerea pulberilor;�

• Echipamente pentru manipularea materialelor in vrac;• Silozuri pentru stocarea materialelor in vrac;Debitmetre, nivelmetre, analizoare, senzori de presiune si

temperatura , etc.

3/1/15 12

Aparate folosite la transportul pneumatic

Vase de incarcare a liniei de transport

Injector de aer Cutii de comutatie

spion cuplaje cot

Automatizarea in industria mediului

Performantele sistemelor automatizate vor imbunatati:procesul de injectie a apei si a managementului de gestiune

- transmisia de date la distanta, fara interventie umana, prin interconectare cu reteaua de date ;

- colectarea parametrilor de la echipamentele de masurare- erorile de masurare, care sunt minimizate prin eliminarea erorilor umane;

- - informatiile imediate in cazul in care parametrii nu sunt in limitele stabilite- posibilitatea de inregistrare a parametrilor de injectie intr-o baza de date, în scopul de a genera rapoarte, analize si prognoza’

- - intretinerea simpla, ceea ce inseamna siguranta sporita a operatiunilor;- - impactul asupra mediului, care se reduce, datorita rapiditatii

transferului de informatii.

3/1/15 15

Exemplu: Injectia de apa tehnologica este foarte importanta in campurile petroliere, in

scopul de a mentine productia si cresterea recuperarii rezervelor de petrol. Datorita amplasarii pe teren a sondelor, activitatile de baza - cum ar fi

operarea, intretinerea si monitorizarea sondelor de injetie - sunt foarte dificile.

3/1/15 16Sistem monitorizare apa de injectie

Capitolul 2. Procesul tehnologic obiect

al automatizării2.1 Procesul ca sistem intrare - ieşire2.2 Procesul ca sistem intrare – stare - ieşire2.3 Exemplificări analiză procese tehnologice

3/1/15 17

Obiectul automatizării este procesul tehnologic care poate fi definit ca un ansamblu de fenomene fizico-chimice sau mecanice care implică trensferuri şi transformări masice şi energetice.

Procesul tehnologic este caracterizat prin mărimi de intrare care sunt cauza, şi mărimi de ieşire care sunt efectul, şi nu invers.

3/1/15 18

Schema bloc a procesului automatizat

2.1 Procesul ca sistem intrare - ieşire

Mărimile de iesire caracterizează cantitativ şi calitativ produsul procesului se notează cu z.Mărimile de intrare se împart în două grupe în funcţie de controlabilitatea lor:

- mărimile de intrare controlabile ale unui proces sunt denumite mărimi de execuţie şi sunt notate cu m;

- mărimile de intrare necontrolabile, numite mărimi perturbatoare, sau mai scurt perturbaţii sunt notate cu v.

In afară de mărimile de intrare şi de ieşire starea unui proces este caracterizat şi de mărimi interne denumite mărimi de stare.

3/1/15 19

Pentru a se înţelege mai bine modul în care se poate acţiona asupra unui proces tehnologic, se procedează la descompunerea procesului în două subprocese Pm şi Pv pentru a se pune în evidenţă influenţa mărimii de execuţie m şi a perturbaţiei v asupra mărimii de ieşire z.

3/1/15 20Schema bloc detaliată a procesului

Subprocesul Pm are la intrare mărimea de execuţie m şi la ieşie mărimea zm care se aplică cu semnul plus pe un sumator Σ.

Subprocesul Pv are la intrare perturbaţia v şi la ieşie mărimea zv care se aplică cu semnul plus pe un sumator Σ.

Mărimea de ieşire z rezultată este:

se derivează relaţia in raport cu timpul şi rezultă :

3/1/15 21

Asupra procesului tehnologic ca obiect al automatizării trebuie acţionat în sensul stabilizării valorii mărimii de ieşire z, deci trebuie ca dz(t)/dt=0 ceea ce duce la:

Rezultă că trebuie să se modifice mărimea de execuţie m astfel încât să se obţină o variaţie a mărimii zm egală şi de sens contrar cu cea a mărimii zv, deci trebuie acţionat în sens invers influenţei perturbaţiei v asupra mărimii de ieşire z.

3/1/15 22

Principiul astfel formulat, se numeşte conducere cu reacţie negativă.

Acesta specifică ca trebuie să se varieze mărimea de execuţie cu dm(t)/dt astfel încât să producă asupra procesului tehnologic o modificare în sens contrar celei produse de perturbaţia v, deci în sens contrar variaţiei mărimii de ieşire dz(t)/dt.

3/1/15 23

In cazul conducerii, reglării, automate sarcinile sunt preluate de o aparatură specializată denumită dispozitiv de automatizare (regulator).

Schema bloc a unui SRA EC- element de comparatie; r – referinta; ε – eroarea de reglareREG – regulator; u – marimea de comandaEE – element de executie; m – marime de executie; v - marime perturbatoareTRAD – traductor; z – marime reglata

y – marime de reactie

3/1/15 24

2.3 Exemplificări analiză procese tehnologice

Analiza modului în care funcţionează un sistem automat în diferite situaţii datorate numai variaţiei perturbaţiilor v şi/sau a referinţei r.

Exemplu:

- Se produce rapid o creştere a valorii mărimii de proces z datorată variaţiei perturbaţiilor v;

- Se consideră referinţa r constantă.

3/1/15 25

3/1/15 26

r = cst

dz/dt > 0

dv/dt > 0

dm/dt < 0du/dt < 0

e < 0

Se consideră referinţa r constantă şi se produce rapid o creştere a valorii mărimii de proces z datorată variaţiei perturbaţiilor v;

Valoarea mărimii de reacţie y, obţinută prin măsurarea cu traductorul TRAD, va creşte faţă de valoarea anterioară din regimul staţionar;

Sistemul automat iese din regimul de funcţionare staţionar şi intră într-un regim tranzitoriu;

Elementul de comparaţie EC compară y cu referinţa r şi rezultă o eroare de reglare negativă ε < 0 deoarece y > r;

3/1/15 27

Semnul negativ al erorii de reglare ε arată că sistemul automat trebuie să intervină în sensul scăderii valorii mărimii reglate z pentru a se reveni la un regim de funcţionare staţionar.

Eroarea de reglare ε < 0, este aplicată algoritmului de

reglare care modifică comanda u, du/dt ≠ 0, în sensul în care aplicată elementului de execuţie EE va produce o modificare a mărimii de execuţie, dm/dt ≠ 0, în sensul în care se va obţine ca efect o scădere a mărimii reglate z, adică dz/dt <0.

3/1/15 28

In timp, valoarea mărimii reglate z scăde datorită modificării mărimii de execuţie, compensându-se astfel efectul produs de perturbaţii;

Scăderea valorii z duce şi la scăderea valorii mărimii de reacţie y, ceea ce duce la scăderea valorii absolute a erorii de reglare ε , fără modificarea semnului acesteia;

Această succesiune de operaţii în circuit închis, se desfăşoară continuu în timp până când y = r şi eroarea de reglare ε devine foarte mică sau zero.

3/1/15 29

Se ajunge la un nou regim de funcţionare staţionar caracterizat prin:

mărime de comanda u constantă (du/dt=0), mărime de execuţie m constantă (dm/dt=0) şi mărime reglată z constantă (dz/dt=0) ,

până la o altă variaţie măsurabilă a lui z datorată acţiunii perturbaţiilor.

3/1/15 30

3/1/15 31

VĂ MULŢUMESC PENTRU ATENŢIA ACORDATA !