unitatea de invatare 13.pdf

8/16/2019 Unitatea de invatare 13.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/unitatea-de-invatare-13pdf 1/10

ION ZAHARIA INSTALAŢII ELECTRICE NAVALE

196

12. NOŢIUNI GENERALE PRIVIND SISTEMELE

AUTOMATE DIN INSTALAŢIILE ELECTRICENAVALE

Schema generală a unui sistem automat. În structura unui sistemautomat se disting două părţi importante:

- instalaţia automatizată , reprezentând instalaţia tehnologică sausistemul tehnic ce constituie obiectul unei funcţii de automatizare (comandă,control, reglare, protecţie sau optimizare);

- dispozitivul de automatizare, cuprinzând ansamblul aparatelor şielementelor prin care se realizează funcţia de automatizare considerată.

În instalaţia tehnologică (automatizată) se desfăşoară un proces

caracterizat prin evoluţia mai multor mărimi fizice: temperaturi, presiuni,debite etc. Desfăşurarea corectă a acestui proces, în conformitate cuobiectivele tehnologice impuse, presupune ca una sau mai multe mărimi fizicesă aibă evoluţii prestabilite. Instalaţiile tehnologice sunt astfel concepute,încât aceste mărimi să poată fi influenţate, după necesităţi tehnologice, prinintermediul altor mărimi. În acelaşi timp, mărimile care ne interesează în proces, şi cărora li se impun evoluţii prestabilite, sunt influenţate şi de altevariabile din instalaţia considerată.

Sistematizând, se poate face următoarea clasificare a mărimilor fizicedin cadrul instalaţiei automatizate:

1) Mărimi reprezentând variabile dependente, care interesează îndesfăşurarea procesului din instalaţie. Aceste variabile se numesc mărimi deieşire.

2) Mărimi fizice reprezentând variabile independente, numite - generic- de intrare. Ele se împart, la rândul lor, în două categorii:

a) mărimi de execuţie, prin care operatorul uman sau dispozitivul deautomatizare influenţează mărimile de ieşire într-un sens dorit;

b) mărimi perturbatoare, care influenţează mărimile de ieşire, dar nudepind de acţiunile de conducere din cadrul sistemului automat considerat. Deregulă, cele mai importante mărimi perturbatoare apar ca urmare ainteracţiunii instalaţiei automatizate cu alte instalaţii din cadrul sistemuluitehnic pe care îl compun.

Notând cu xe1 , xe2,...., xen; xm1 ,xm2 ,...,xmp;x p1 ,x p2 ,...,x pr mărimile de ieşire,respectiv de execuţie şi perturbatoare, reprezentarea în schemele bloc ainstalaţiilor este dată în Fig. 12.1.a. Dacă se introduc vectorii mărimilor de




197

ieşire, xe , de execuţie, xm , şi perturbatoare, x p, definiţi prin relaţiile:

x

x

x

x

c

c

c

cn

=

1

2.

.

; x

x

x

x

m

m

m

mp

=

1

2.

.

; x

x

x

x

p

p

p

pr

=

1

2.

.

;

reprezentarea instalaţiei automatizate se face ca în Fig. 12.1.b.

Clasificarea sistemelor automate. Principalul criteriu de clasificare asistemelor automate îl constituie funcţia de automatizare realizată dedispozitivul de automatizare DA. Din acest punct de vedere, sistemeleautomate se clasifică după cum urmează:

1) Sisteme de comandă automată (Fig. 12.2), la care DA - numitdispozitiv de comandă automată (DCdA) - realizează modificarea mărimilorde ieşire, în funcţie de mărimile de intrare, fără a controla dacă s-au realizatefectiv variaţiile dorite ale mărimilor de ieşire.

Cele mai răspândite sisteme de comandă automată sunt cele la caremărimile xi şi xm au variaţii discontinue. În această categorie intră şi sistemelecu circuite logice pentru comenzi combinaţionale şi secvenţiale.

O categorie aparte o formează sistemele cu comandă după perturbaţie.Acestea modifică mărimile de execuţie în aşa fel, încât mărimile de ieşire săfie determinate de mărimile de intrare, în plus diminuându-se cât mai multefectul perturba]iilor asupra ieşirii instalaţiei automatizate. în acest caz,sistemul de comandă are o funcţiune distinctă, realizată în mod curent - dupăcum se va arăta `în continuare - de o anumită clasă a sistemelor de reglare, şianume, “insensibilizarea” mărimilor de ieşire faţă de una sau mai multemărimi perturbatoare.

Fig. 12.1. Scheme bloc ale instalaţiei automatizate




198

a - cu mărimi scalare; b - cu notaţii vectoriale.

Fig. 12.2. Sistem de comandă automată

Comanda “după perturbaţie”, în scopul insensibilizării ieşirii, se poaterealiza numai dacă perturbaţia respectivă este măsurabilă sau dacă estemăsurabilă o altă mărime, determinată în mod univoc de perturbaţie.

2) Sisteme de control automat (Fig. 12.3), la care DA - numitdispozitiv de control automat (DCA) – primeşte informaţiile necesareurmăririi procesului tehnologic, prin intermediul urătoarelor mărimi: toatemărimile de ieşire, mărimile de execuţie (de ex., cursele ventilelor(valvulelor) organelor de reglare, poziţiile electroventilelor(electrovalvulelor), contactoarelor etc.), mărimile perturbatoare măsurabile.

Dispozitivul de control automat poate realiza funcţiuni cum sunt:măsurarea (indicarea) mărimilor din instala]ie; înregistrarea unora din acestea;totalizarea (contorizarea) debitelor şi puterilor, pentru determinareaconsumurilor; semnalizarea abaterilor de la regimul normal, pragurile desemnalizare fiind impuse prin componentele vectorului xi; determinarea unorindicatori sintetici (randament, consum specific etc.), în urma efectuării periodice a unor calcule de bilanţ material şi energetic etc.

Fig. 12.3. Sistem de control automat




199

Informaţiile furnizate de DCA se transmit operatorului uman sau unordispozitive de automatizare externe, fără a determina acţiuni nemijlociteasupra instalaţiei automatizate.

Dispozitivele de control automat se realizează adesea sub formă detablouri cu aparatură de măsurat, semnalizare etc., incluzând şi schemasinoptică a instalaţiei tehnologice. în ultimul timp se utilizează tot maifrecvent tehnica de calcul, sub formă de micro şi minicalculatoare de proces, pentru funcţiile prezentate ale sistemelor de control, precum şi pentru altefuncţii cum sunt: afişarea - la cerere - a oricărei mărimi controlate,reprezentarea grafică (la monitor) a rezultatelor calculelor sintetice, protocolarizări etc.

3) Sisteme de reglare automată (Fig. 12.4), unde dispozitivul dereglare automată (DRA) are, simultan, funcţia de comandă şi funcţia decontrol. DRA primeşte - prin vectorul xi - legile de variaţie a mărimilor deieşire, precum şi caloriile efective ale acestora. După compararea valorilor

impuse cu cele reale, DRA stabileşte o lege de comandă şi elaborează vectorulmărimilor de execuţie, în scopul asigurării legii dorite de variaţie a mărimilorde ieşire.

În cazul celui mai simplu sistem de reglare automată, cu o intrare xi şi oieşire xe, structura dispozitivului de reglare automată rezultă din Fig. 12.5.

Fig. 12.4. Sistem de reglare automată

Semnificaţia elementelor şi mărimilor din DRA este următoarea:Traductor de reacţie; EC - element de comparaţie; R - regulator; EE - elementde execuţie; xr - mărime de reacţie; xa - mărime de acţionare; xc - mărime decomandă. Mărimea de intrare xi se stabile[te prin intermediul elementului(traductorului) de intrere EI.




200

Fig. 12.5. Sistem de reglare automată cu o singură intrare

şi o singură ieşire

Mărimile xi şi xr sunt proporţionale cu valoarea impusă, respectivvaloarea reală, a mărimii de ieşire. Rezultă că mărimea de acţionare:

r xi

xa −= este proporţională cu abaterea mărimii de ieşire de la valoarea

impusă. Regulatorul stabileşte mărimea de comandă în funcţie de xa, în

vederea aducerii mărimii de ieşire la valoarea prescrisă. întrucât mărimea x e este un semnal de mică putere, iar pentru stabilirea mărimii de execuţie la ovaloare corespunzătoare comenzii regulatorului este necesară o putere multmai mare decât cea a semnalului de comandă, se introduce elementul deexecuţie EE.

După modul de variaţie a mărimii xi, sistemele de reglare automată potfi: de stabilizare, de reglare cu program şi de urmărire.

Sistemele de stabilizare, numite şi sisteme de reglare automată propriu-zisă, au xi = const. Deci, ele tind să menţină constantă, la o valoare prescrisăimpusă prin xi - mărimea de ieşire. Mărimea de intrare se numeşte, în acestcaz, mărime de referinţă, iar elementul EI se numeşte dispozitiv (element) de

referinţă. Sistemele de reglare cu program au mărimea de intrare xi variabilă în

conformitate cu un program prestabilit. Sistemul de reglare automată modificămărimea de ieşire în conformitate cu programul impus. Elementul EI are, înacest caz, o construcţie specială şi se numeşte dispozitiv (element) de programare.

Sistemele de urmărire au mărimea de intrare xi, variabilă după o legeoarecare, necunoscută apriori. Mărimea de ieşire tinde să urmărească în permanenţă variaţiile aleatoare ale mărimii xi.

Din categoria sistemelor de urmărire fac parte două tipuri de sisteme,cu numeroase aplicaţii specifice: servomecanismele şi sistemele de reglareautomată a raportului a două mărimi fizice (sau, pe scurt, regulatoare de

raport ).Servomecanismele au ca mărime de ieşire o deplasare. Ele permit să se




201

modifice poziţia unui obiect, în conformitate cu variaţiile semnalului deintrare xi, de putere neglijabilă. Servomecanismele pot fi utilizate atât casisteme automate de sine stătătoare, cât şi ca subansamble ale unor sisteme dereglare automată, jucând - în cadrul acestora - rolul de elemente de execuţie.

Regulatoarele de raport menţin constant raportul a două mărimi fizice,atunci când una din mărimi are variaţii aleatoare. De exemplu, la un arzător dela o caldarină navală se menţine constant raportul dintre debitul de aer şidebitul de combustibil. Elementul de intrare EI, prin care se stabileştevaloarea prescrisă a raportului, se numeşte element de raport .

4) Sisteme de protecţie automată , care au o structură asemănătoare cucea a sistemelor de reglare automată. Dispozitivul de automatizare, numitdispozitiv de protecţie automată, primeşte prin vectorul mărimilor de intrare

xi, valorile limită admisibile pentru mărimile de ieşire. În acelaşi timp, primeşte vectorul mărimilor de ieşire, xr , compară aceste mărimi cu limiteleadmisibile şi acţionează asupra instalaţiei automatizate, atunci când valorilelimită admisibile au fost depăşite. De obicei, acţiunea dispozitivului de

protecţie automată are ca efect scoaterea din funcţiune a unei părţi sau chiar aîntregii instalaţii.

5) Sisteme de optimizare automată (Fig. 12.6), în care obiectivulconducerii este extremizarea unui indicator de performanţă, I, privind procesul din instalaţie. Indicatorul (criteriul) de performanţă poate fi de naturaunui consum specific (eventual, randament) sau indicator tehnic de calitate al procesului, însă poate fi şi un criteriu complex, care include atât aspecte cucaracter tehnic, cât şi aspecte economice. Având în vedere natura problemeide conducere, dispozitivul de optimizare automată cuprinde - în mod obişnuit- sisteme de calcul numerice sau analogice.

Fig. 12.6. Sistem de optimizare automată

Sistemele automate enumerate se pot grupa în două categorii:- în circuit deschis (de comandă şi de control automat);




202

- în circuit închis ( de reglare, protecţie şi optimizare automată).

Anumite funcţii ale sistemelor de reglare automată pot fi preluate,uneori, şi de sistemele de comandă în circuit deschis. Astfel, dacă se considerăo instalaţie automatizată cu o mărime perturbatoare măsurabilă (Fig. 12.7.a)şi se impune stabilizarea la o valoare prescrisă a mărimii de ieşire, este posibilsă se stabilească o lege de comandă după perturbaţie, aplicată în circuitdeschis (Fig. 12.7.b), astfel încât efectul variaţiei mărimii perturbatoare asupraieşirii să fie în mare parte compensat prin variaţia mărimii xm=f(x p).

Fig. 12.7. Stabilizarea cu comandă după perturbaţie:

a - instalaţia automatizată; b - schema de automatizare

Un alt criteriu important de clasificare a sistemelor automate estemodul de reprezentare a mărimilor din dispozitivul de automatizare. Din acest punct de vedere, deosebim:

1) Sisteme automate la care semnalele din dispozitivul de automatizare

sunt funcţii continue de timp.2) Sisteme la care mărimile de comandă şi, eventual, de execuţie pot

avea un număr finit de valori discrete, trecerea de la o valoare la alta putându-se face în orice moment. În această categorie se încadrează sistemele dereglare bipoziţionale şi tripoziţionale.

3) Sisteme cu eşantionare, în care semnalele sunt supuse unei operaţiispecifice, numită eşantionare. Fie x(t) un semnal continuu (analogic), avândfrecvenţa maximă din spectru egală cu f M. Prin operaţia de eşantionare seformează semnalul x*(t), egal cu x(t) în momentele t=kT; k=0,1,2,... (Fig.

12.8.b). Dacă perioada de eşantionare T îndeplineşte condiţia T f M

<1

2,

există - teoretic - posibilitatea reconstituirii semnalului x(t), pe bazaeşantioanelor din momentele kT, k=0,1,2,...




203

4) Sisteme automate numerice, în care semnalele eşantionate suntsupuse unei operaţii suplimentare: cuantizarea. Considerând un număr finit deniveluri discrete ale amplitudinii, distanţate cu pasul ∆x, cuantizarea constă înaproximarea impulsurilor x*(t), prin impulsurile x**(t), care cuprind un numărîntreg de paşi ∆x (Fig. 12.8.c). Eroarea de cuantizare depinde de modul de

aproximare (de exemplu, rotunjire la valoarea întreagă cea mai apropiată) şide pasul de cuantizare ∆x. În continuare, semnalul x**(t) poate fi înlocuit printr-un şir de numere ce se succed cu perioada T, egale cu multiplii pasului∆x ce determină amplitudinea impulsurilor. Întrucât prelucrarea numerică ainformaţiei se realizează cu ajutorul circuitelor logice electronice, înreprezentarea numerică a informaţiei se utilizează codificarea binară (Fig.12.8.d şi e).

Un alt criteriu de clasificare a sistemelor automate îl reprezintă numărulmărimilor de ieşire şi de execuţie. Din acest punct de vedere, sistemele pot fi:

- simple, când au o mărime de ieşire şi o mărime de execuţie;

- multivariabile - când instalaţia automatizată are mai multe mărimi de

ieşire şi de execuţie.Cele mai numeroase sisteme de reglare automată din instalaţiile

frigorifice sunt tratate ca sisteme cu o mărime de execuţie şi o mărime deieşire. Presupunând că există n sisteme simple de reglare automată îninstalaţia frigorifică, dispozitivul de automatizare va cuprinde n dispozitive dereglare automată DRA1, ..., DRAn (Fig. 12.9).

În realitate, o mărime de execuţie, fie aceasta xmk , modifică mărimea deieşire xek , în conformitate cu obiectivele reglării, însă joacă rolul de mărime perturbatoare pentru celelalte sisteme de reglare automată. Deci, cele n buclese vor influenţa, datorită interacţiunilor inerente între toate mărimile deexecuţie, pe de o parte, şi mărimile de ieşire, pe de altă parte. Tratareasistemului de reglare automată ca sistem multivariabil înseamnă considerareaunui dispozitiv de automatizare DA în care o mărime de execuţie, fie aceastaxek ,să fie stabilită nu numai funcţie de xmk şi xik ci şi de celelalte mărimi deieşire (Fig. 12.10).




204

Fig. 12.8. Discretizarea semnalelor

a - semnal continuu; b - semnal eşantionat (cu discretizare în timp) c - semnal

cuantizat (cu discretizare pe nivel); d, e - semnale numerice




205

Fig. 12.9. Sistem cu mai multe circuite de reglare automată cuplatela o singură instalaţie reglată

Fig. 12.10. Sistem de reglare automată multivariabil

unitatea de invatare 13.pdf

Documents