echipamente si sisteme de reglare

7/29/2019 Echipamente Si Sisteme de Reglare

1/31

ECHIPAMENTE

I SISTEME DE REGLARE

3.1. REGULATOARE

ntr-un sistem de reglare dup abatere (eroare), regulatorul ndeplineterolul elementului de comand, de decizie. Regulatorul primete la intrare dou

semnale: semnalul de referin, care exprim procentual valoarea dorit a

mrimii reglate (de ieire a procesului) isemnalul de reacie (msur), generat

de traductorul mrimii reglate sau de ansamblul traductor adaptor. n urma

procesrii celor dou semnale dup un algoritm convenabil, dependent de

comportamentul dinamic al procesului reglat, regulatorul elaboreaz semnalul

de comand a elementului de execuie, prin intermediul cruia se intervineasupra procesului reglat pentru a aduce mrimea reglat la o valoare ct mai

apropiat de valoarea referinei. La trecerea sistemului de reglare din regimul

MANUAL n regimul AUTOMAT, algoritmul de comand al regulatorului

nlocuiete raionamentul, judecata, logica operatorului uman [1].

n funcie de natura fizic a semnalelor de intrare i de ieire,

regulatorul poate fi: electronic, pneumatic, hidraulic sau mecanic. n funcie de

forma semnalelor procesate, regulatoarele pot fi continue (analogice), discrete

(numerice), bipoziionale sau tripoziionale. Cele mai performante i mai

frecvent utilizate sunt, evident, regulatoarele electronice numerice.

3.1.1. Regulatoare electronice continue

ECHIPAMENTE I SISTEME DE REGLARE


2/31

AUTOMATIZRI INDUSTRIALE

Regulatoarele electronice continue unificate au semnale de intrare i de

ieire sub forma unui curent electric n gama 2...10 mA sau 4...20 mA.

Regulatorul convenional genereaz comandaXc prin prelucrarea erorii curente

Xa=Xi-Xrdup algoritmul PID (de tip proporional integral derivativ):

ot

od

i

p Xcdt

dXaTdtXa

TXaKXc +++= )

1( , (3.1)

n care:Kp- factorul de proporionalitate [-]; Ti constanta de integrare (timp de

integrare) [s]; Td constanta de derivare (timp de derivare) [s].

ntre factorul de proporionalitateKp i banda de proporionalitateBp, cu

care se opereaz frecvent n practic, exist relaia Kp= 100/Bp. n cazurile

particulare Td=0 i Ti=, algoritmul de comand PID devine PI i, respectiv,

PD.

n majoritatea cazurilor, panoul frontal al regulatorului conine un

comutator A/M pentru stabilirea regimului de lucru (AUTOMAT sau

MANUAL), un comutator I/E pentru stabilirea tipului de referin (INTERN

sau EXTERN), un buton pentru fixarea valorii semnalului de referin (atunci

cnd referina este INTERN), un buton pentru fixarea valorii semnalului de

comand (atunci cnd regimul este MANUAL) i trei scale indicatoare pentru

semnalele de referin, de eroare (abaterea) i de comand. La regulatoarele

unificate, scalele celor trei semnale ale regulatorului sunt gradate n procente

(valorilor de 4,12 mA i 20 mA ale curentului unificat le corespund respectiv

valorile procentuale 0,50 i 100%).

n interiorul carcasei regulatorului se gsesc butoanele pentru

modificarea parametrilor de acordare Kp (sau Bp), Ti i Td , precum i un

comutator de sens (DIRECT sau INVERS). Sensul DIRECT corespunde

cazului Kp < 0, iar sensul INVERS corespunde cazului Kp > 0. Din ecuaia

regulatorului de tip P (proporional):

op XcXrXiKXc += )( , (3.2)

rezult c atunci cnd comutatorul de sens se afl n starea DIRECT, creterea

semnalului de msurXrdetermin creterea semnalului de comandXc.

3.1.2. Regulatoare electronice bipoziionale

ECHIPAMENTE I SISTEME DE REGLARE116


3/31


La regulatoarele bipoziionale, semnalul de comand ia numai dou

valori distincte, ce pot fi notate conventional cu 0 i 1. Regulatoarele

bipoziionale sunt elemente de comand neliniare, cu caracteristica static de

tip releu cu histerezis (fig.3.1) [1].

Fig.3.1. Caracteristica static a regulatorului bipoziional.

Dac semnalul de comand Xc are valoarea 0, iar semnalul de eroare

Xa crete i atinge valoarea a, atunci semnalulXc comut n valoarea 1. Invers,

dac semnalul de comandXc are valoarea 1, iar semnalul de eroare Xa scade

i atinge valoarea a, atunci semnalul Xc comut n valoarea 0. Histerezisul

regulatorului este egal cu 2a.

Regulatorul bipoziional unificat este un sistem cu structur deschis. El

conine un amplificator de tensiuneAT cu factorul de amplificare kajustabil iun tranzistor de putere T , avnd ca sarcin un releu electromagnetic R.

Contactele CL i CH ale releului electromagnetic, unul normal deschis i

cellalt normal nchis, sunt la dispoziia utilizatorului, pentru a obine valorile

adecvate ale semnalului de comand (fig.3.2).

Fig.3.2. Schema regulatorului electronic bipoziional.

Histerezisul magnetic inert al releului electromagnetic R determin

histerezisul regulatorului. Dac factorul de amplificare n tensiune al



4/31


tranzistorului de putere T este egal cu 1, atunci valoarea procentual a

semihisterezisului a al regulatorului este dat de formula:

%1004

0

k

ha = , (3.3)

unde h0 este valoarea n voli a semihisterezisului releului electromagnetic. Prin

mrirea factorului de amplificare k, histerezisul regulatorului bipoziional se

reduce.

Dac histerezisul regulatorului este mic, precizia de reglare este bun,

dar frecvena de comutare a comenzii regulatorului de la o valoare la alta este

mare, lucru inacceptabil n cazul multor procese n comparaie cu reglarea

continu, reglarea bipoziional este mai puin precis, dar mai simpl i mai

robust.

3.1.3. Regulatoare pneumatice

Regulatoarele pneumatice continue funcioneaz cu semnal pneumatic

unificat 0,2...1,0 bar i sunt utilizate n special ca aparate de cmp, la reglarea

proceselor relativ lente. Ele au o structur nchis, similar cu cea a

regulatoarelor electronice continue cu un singur amplificator operaional cu

reacie. Sunt formate dintr-un element de comparaie a presiunilor de referin

i de msur, un amplificator de presiune, un amplificator pneumatic de putere

i un bloc de reacie cu rezistene i capaciti pneumatice. Rezistenele

pneumatice sunt elementele obturatoare de construcie special prin care aerul

instrumental (uscat i fr impuriti) circul n regim de curgere laminar, iar

capacitile pneumatice sunt camere de nmagazinare a aerului instrumental.

Rezistenele pneumatice variabile sunt de regul tuburi capilare elicoidale cu

lungimea variabil, construite pe principiul urub-piuli [1].

Comparaia a dou semnale pneumatice se face cu ajutorul a dou

burdufuri elastice identice, ale cror capete libere sunt unite cu o prghie

metalic. n cazul elementului de comparaie a presiunii de referin pr cu

presiunea de msur pm din figura 3.3, semnalul de eroare (abatere) este

deplasarea er:

2

)(

2

mrelmrer

ppk =

=

, (3.4)



5/31


unde kelreprezint constanta elastic a burdufurilor de referin Br i de msur

Bm.

Fig.3.3. Comparator pneumatic.

n schema de principiu a regulatorului pneumatic din figura 3.4, PC i

PC1 sunt prghii de comparaie, C A este convertor-amplificator de presiune,

APB amplificator de putere cu bil, BR bloc de reacie, iar B1 burduf de

reacie local.

Fig.3.4. Schema de principiu a regulatorului pneumatic.

Convertorul amplificator de presiune CA are ca mrime de intrare

amplasarea , iar ca mrime de ieire presiunea p. De regul, acest convertor-

amplificator este de tipul cu clapet i duze (fig.3.5). Duza D2 este un tubcapilar cu rezisten pneumatic foarte mare, prin care aerul instrumental

circul cu un debit foarte mic, n timp ce duza D1 are un diametru mult mai

mare. n consecin, pentru o reducere de cteva zecimi de milimetru a

distanei dintre clapeta Ci duzaD1, presiuneap din camera aflat ntre cele

dou duze variaz de la o extrem la cealalt (teoretic, de la 0 la 1,4 bar),

debitul aerului instrumental de la ieirea convertorului amplificator C-A are

valoarea mic, puterea semnalului pneumatic de la ieirea amplificatorului de



6/31


presiune este redus. Din acest motiv, presiuneap de la ieirea amplificatorului

de presiune trebuie aplicat la intrarea unui amplificator pneumatic de putere.

Fig.3.5. Amplificatoare pneumatice de presiune i putere.

Amplificatorul de putere cu bil APB din figura 3.5 are ca mrime de

ieire chiar presiunea de comand pc de la ieirea regulatorului. La creterea

presiuniip, ansamblul mobil format din membrana M, tija T, venitul V , bila

B i lamele elastic L coboar proporional, reducnd seciunea de trecere a

aerului de la ieirea amplificatorului nspre atmosfer (n zona ventilului V, i

mrind seciunea de trecere a aerului de la reeaua de 1,4 bar nspre ieirea

amplificatorului (n zona bilei B). n consecin, presiunea pc de la ieirea

amplificatorului va crete. n mod similar, la scderea presiunii de intrare p,

presiunea de ieirepc se reduce [1].

Deoarece seciunea de trecere din dreptul bilei permite circulaia unui

debit de aer relativ mare, semnalul pneumatic generat de APB are o putere

suficient de mare pentru a comanda ntr-un timp convenabil, de ordinul

secundelor, un servomotor pneumatic cu membran situat la o distan de

civa metri. Dac ns distana pn la servomotor este mare (cca. 100 metri),

atunci timpul de acionare a servomotorului este de ordinul zecilor de secunde.

n lipsa amplificatorului de putere, acest timp devine extrem de mare, sau chiar

infinit (n cazul n care sistemul nu este perfect etan).

Blocul de reacie BR are ca mrime de intrare presiunea de comand pc

de la ieirea regulatorului, iar ca mrime de ieire presiunea p1. La

regulatoarele PID, acest bloc este format din elementele pneumatice pasive

(fr alimentare proprie cu energie), mai exact din dou rezistene pneumatice

variabile, dou capaciti pneumatice fixe i un bloc sumator (fig.3.6).



7/31


Fig.3.6. Structura blocului de reacie al regulatorului pneumatic de tip PID.

Constanta de derivare Td este egal cu produsul dintre rezistena

pneumaticRdi capacitatea pneumatic Cd, iar constanta de integrare Ti este

egal cu produsul dintre rezistena pneumatic Ri i capacitatea pneumatic Ci.

Factorul de proporionalitate al regulatorului se poate modifica prin ajustarea

convenabil a lungimilor prghiei de comparaie PCI, iar constantele de timp

integral i derivat se pot modifica cu rezistenele pneumatice variabile Ri i

respectivRd.

3.1.4. Regulatoare numerice

Regulatoarele numerice conin un convertor analog-numeric pentru

conversia semnalului de reacie (msur) i a semnalului de referin extern

tip curent 4...20 mA n semnale numerice, o magistral pentru transmisia

datelor numerice de memorie, un convertor numeric-analogpentru conversia

semnalului numeric rezultat din calculul n tensiunea continu, un convertor-

amplificator de putere pentru transformarea tensiunii continue n semnalul de

ieire 4...20 mA, o interfa serial de comunicaie i conectare la calculator

etc.[1].

Panoul frontal al unui regulator numeric conine display-uri pentruafiarea valorilor curente ale mrimilor de intrare i de ieire ale regulatorului

i un set de taste pentru programarea strii regulatorului (automat/manual, cu

referin local/extern), a valorii parametrilor de acordare, a domeniului

mrimii reglate, a gamei de variaie a semnalului de msur, a caracteristicilor

comunicaiei seriale .a. Unele regulatoare mai complexe sunt prevzute i cu

un ecran pentru reprezentarea grafic a variaiei n timp a variabilelor de intrare

i de ieire ale regulatorului.



8/31


Perioada de eantionare a regulatoarelor uzuale (cuprins ntre

momentele n care se efectueaz, practic instantaneu, achiziia valorii

semnalelor de msur i de referin, procesarea informaiei i modificarea

semnalului de ieire) este de circa 0,5 secunde, deci suficient de mic pentru caregulatorul s poat fi utilizat i la reglarea proceselor rapide (cu timp de

rspuns de ordinul secundelor).

n cazul regulatoarelor numerice, algoritmul de comand PI areforma

intrare-stare-ieire:

( )

++=

+=

0

1

cIeKc

eT

TII

kkpk

k

i

kk

, (3.5)

iforma intrare-ieire

( )

++= k

i

kkpkk eT

TeeKcc 11 , (3.6)

unde Treprezint perioada de eantionare, ek este eroarea (abaterea) curent, iar

c0 este valoarea comenzii n momentul dinaintea comutrii regulatorului din

regim MANUAL n regim AUTOMAT.

Algoritmul numeric PID poate fi scris sub forma:

( )

( ) ( ) ( )

( )

++=

++=

+=

0

11

11

cDPIc

eT

TeeKPIPI

eeT

KDpD

kkk

k

i

kkpkk

kk

d

dpkdk

, (3.7)

undepd=e-T/d.

Operaia de schimbare a regimului de lucru din MANUAL n

AUTOMAT trebuie s se realizeze fr a produce o variaie brusc a

semnalului de comand. n acest scop este recomandat ca operaia de comutare

s fie precedat de iniializare a variabilelor i s fie efectuat n regim

staionar, cu eroare zero. Ultima condiie se poate realiza rapid prin aducerea

referinei la valoarea msurrii. n cazul algoritmului de reglarea , operaia de

iniializare const n :



9/31


- iniializarea varibilelorek-1 ,Dk-1i (PI)k-1 cu valoarea zero;

- iniializarea varibilei c0 cu valoarea curent a comenzii.

n aceste condiii, prima valoare a comenzii generate n regim

AUTOMAT, la momentul k=1, va avea valoarea:

0011 )1( cceT

T

TKc

d

d

i

p +++=

. (3.8)

Datorit preciziei ridicate de implementare a algoritmului de reglare i

posibilitii de conectare la calculator, regulatoarele numerice sunt din ce n ce

mai frecvent utilizate n domeniul automatizrilor industriale.

3.2. ROBINETE DE REGLARE

Robinetul de reglare servete la modificarea debitului de fluid care

circul printr-o conduct, prin modificarea seciunii de trecere a fluidului.

El este format dintr-un dispozitiv de acionare - servomotorul i un

element obturator - organ de reglare (organ de execuie). In varianta cu

servomotor pneumatic i un obturator de tip ventil, robinetul de reglare este

elementul de execuie cel mai frecvent ntlnit n practica sistemelor de reglare.

In anumite cazuri speciale, servomotorul este hidraulic sau electric, iar

elementul obturator este clapet, sertar, supap, bil etc.

Dup cum sistemul de obturare este nchis sau deschis n absena

semnalului de comand, robinetul de reglare este normal nchis sau normal

deschis. Pentru evitarea blocrii ventilului n scaun, robinetul de reglare nu

asigur nchiderea complet a seciunii de trecere. n cazul n care cderea depresiune pe robinet este mare, pentru compensarea forelor care acioneaz

asupra obturatorului mobil se poate utiliza varianta de robinet cu dou scaune.

Ansamblul mobil al robinetului de reglare este format din membrana M,

rigidizat pe ambele pri cu discuri metalice, resortul R, tija T i ventilul V

(fig.3.7).



10/31


Fig.3.7. Robinet de reglare:

SP servomotor pneumatic; OE organ de execuie.

Resortul elastic R are rolul de a asigura proporionalitatea ntre

deplasarea (cursa) h a tijei servomotorului i presiunea de comand pc.

Ansamblul mobil se afl n echilibru sub aciunea urmtoarelor fore: fora

generat de aciunea presiunii de comand asupra membranei, fora elastic a

resortului, forele de frecare cu garnitura de etanare GE, greutatea proprie i

forele create de presiunea fluidului de lucru pe ambele pri ale ventilului

obturator [8].

3.2.1. Servomotoare

Servomotorul SM este elementul care pe baza comenzii primite

genereaz o deplasare [2].

Servomotoarele pot fi:

- pneumatice;

- hidraulice;

- electrice.

Servomotoare pneumatice. Acestea pot fi pot fi:

- cu membran;

- cu piston.

In figura 3.8 sunt prezentate dou tipuri de servomotoare pneumatice:

cu resortul sub membran (fig.3.8,a) i cu resortul deasupra membranei

(fig.3.8,b).



11/31


Fig.3.8. Servomotoare pneumatice cu membran:

a) cu resort sub membran; b) cu resort deasupra membranei

1-camera de aer; 2- membran; 3- resort; 4- tij SM;

pc- presiunea de comand; h- cursa tijei.

Fora generat de aerul comprimat asupra membranei 2 este compensat

de fora de comprimare a resortului 3. n funcie de valorile presiunii de

comand rezult poziii corespunztoare ale tijei servomotorului 4, respectiv

diferite valori ale cursei h.

Pentru pc= 0,2...1 bar, cursa tijei este cuprins ntre h = 10...80 mm.

Pentru curse mai mari, pn la h = 500 mm, se utilizeaz servomotoare cupiston (fig.3.9).

Fig.3.9.Servomotoare pneumatice cu piston:

a) ambele fee ale pistonului sunt active; b) o singur fa a pistonului este activ

1- cilindru, 2- piston, 3- tij, 4- resort.

n realitate ntre semnalul de comand pc i cursa tijei h nu exist o

dependen univoc. Din cauza frecrilor existente n servomotor i n organul



12/31


de reglare antrenat caracteristica static a servomotorului pneumatic prezint

fenomenul de histerezis (fig.3.10).

Fig.3.10. Caracteristica servomotorului pneumatic.

Dac tija servomotorului a ajuns prin coborri succesive n punctul A,

la creterea semnalului de comand servomotorul nu rspunde dect atunci

cnd presiunea a ajuns la valoarea pc2. Cnd semnalul de comand ajunge la

valoarea pc3, tija servo-motorului se gsete n punctul C efectund o curs mult

micorat (h) fa de creterea de presiune. Dac n aceast poziie se produce

o scdere a semnalului de comand, fenomenele vor evolua n sens invers.

Pentru corectarea fenomenului de histerezis se utilizeaz un dispozitiv

numit poziioner. Poziionerul este de fapt un regulator care mpreun cu

servomotorul alctuiete un sistem automat de urmrire la care mrimea

prescris este valoarea dorit a cursei, asociat semnalului de comand, iar

mrimea reglat este valoarea curent a cursei (fig.3.11).

Fig.3.11. Ansamblul robinet de reglare poziioner.

hi- cursa prescris;p0- presiune de alimentare a convertorului.

Atunci cnd regulatorul constat o diferen ntre prescrierea hi i

valoarea curenthr, acesta modific valoarea comenzii pc n vederea eliminrii

abaterii constatate. Pe lng funciile de corecie a fenomenului de histerezis,

poziionerul mai ndeplinete funciile:



13/31


- nlturarea neconcordanelor dintre cursa servomotorului i cursa

organului de reglare;

- obinerea unei funcionri divizate a dou sau mai multe elemente de

execuie acionate de aceai comand.

Servomotoare hidraulice.

Acestea pot fi: cu membran; cu piston.

Un servomotor hidraulic cu piston este prezentat n figura 3.12.

n funcie de poziia pistoanelor sale n raport cu conductele 7,8 ctre

cilindrul 1, distribuitorul 6 permite intrarea uleiului n cilindru acionnd asupra

pistonului 2, realiznd deplasarea tijei ntr-o parte sau alta n funcie de faaacionat a pistonului [2].

Fig.3.12. Servomotor hidraulic cu piston:

1- cilindru, 2- piston, 3- tij, 4, 5- canale intrare-ieire pentru ulei, 6- distribuitor,

7, 8- canale de legtur cilindru-distribuitor.

Servomotoare electrice.

Acestea pot fi:

- servomotoare pas cu pas;

- servomotoare cu motor trifazat;

- servomotoare cu electromagnet.



14/31


3.2.2. Organe de reglare (execuie)

Organele de reglare sunt elemente ale dispozitivului de automatizare

utilizate pentru modificarea debitelor de mas sau de energie.

Componentele de baz ale organului de reglare alctuiesc sistemul deobturare i acestea sunt scaunul i obturatorul (fig.3.13).

Fig.3.13. Organe de reglare:

a) cu un singur scaun; b) cu dou scaune;

1- tij, 2- presetup, 3- capac, 4- corp, 5- obturator, 6- scaun.

Pentru diverse valori ale cursei h sistemul obturator-scaun realizeaz

strangulri diferite ale ci de fluid, deci debitul este variabil [2].

Datorit curgerii fluidului prin strangularea creat de sistemul obturator

scaun rezult cderea de presiune remanent pe robinetul de reglare de forma:

21 pppr = . (3.9)

Aceast cdere de presiune genereaz o for asupra obturatorului 5

orientat de jos n sus, care trebuie preluat de servomotor. Acest dezavantaj

este rezolvat prin utilizarea variantei din figura b), deci a unui robinet cu dou

scaune, care reprezint un sistem echilibrat la care rezultanta forelor de

presiune este aproximativ nul. Dependena dintre debit i cderea de presiune

este dat de relaia:

,2

rrp

AQ

= (3.10)

n care: Q este debitul, - coeficient de debit, - coeficient de corecie datorat

compresabilitii fluidului, Ar- aria seciunii minime a strangulrii, rp -

cderea de presiune remanent, - densitatea fluidului. Pentru un robinet de

reglare, la modificarea cursei h se modific toi parametri din aceast relaie.

Pentru simplificare s-a introdus notaia:



15/31


rrvp

Ak

== vkQ2 , (3.11)

n care vk este numeric egal cu debitul unui fluid, cu densitatea de 1 kg/dm3

(apa) care trece prin robinetul de reglare atunci cnd cderea de presiune

remanent este de 1 bar.

Dependena )(hfkv = se numete caracteristica static intrinsec a

organului de reglare.

Practica utilizrii i fabricrii robinetelor de reglare au impus

urmtoarele caracteristici intrinseci (fig.3.14):

Fig.3.14. Tipuri de caracteristici intrinseci pentru organul de reglare:1 liniar; 2 logaritmic; cu deschidere rapid.

vsk - valoarea lui vk pentru cursa nominal (pentru valoarea maxim a cursei);

vok -valoarea lui vk pentru h=0; 100H - valoarea nominal a cursei (valoarea maxim

a cursei);vs

vo

k

k-debit de scpri ce apare din cauze constructive.

Caracteristica intrinsec a robinetului de reglare este dat de profilul

obturatorului (fig.3.15):

a) b) c)

Fig.3.15. Profile de obturatoare:



16/31


a) logaritmic; b) liniar; c) cu deschidere rapid.

Dependena Q=f(h) la care nu se mai impune condiia constanei cderii

de presiune remanent pe robinetul de reglare se numete caracteristica static

de lucru a organului de reglare. n funcie de tipul caracteristicii intrinseci

liniare sau logaritmice rezult dou familii de caracteristici statice de lucru n

funcie de raportulsc

100

p

pr

= , n care 100rp este cderea de presiune pe

robinet pentru valoarea maxim a cursei, iar scp reprezint pierderea de

presiune pe ntreg sistemul hidraulic.

RR liniare:

1

50=

vok

vsk

RR logaritmice

1

50=

vok

vsk

Fig.3.16. Caracteristici de lucru ale OR.

Aceste grafice sunt utilizate pentru alegerea robinetelor de reglare n

vederea obinerii unei anumite caracteristici de lucru:

- pentru =0,4...1, se utilizeaz robinete de reglare liniare montate pe

conducte scurte, cu surse de presiune ce au pierderi interne mici;

- pentru =0,05...0,3, se utilizeaz robinete de reglare logaritmice

montate pe conducte lungi cu numeroase rezistene locale (alte robinete,

coturi).



17/31


3.3. SISTEME DE REGLARE CONVENIONALE

Schema bloc a unui sistem de reglare automat dup abatere este

prezentat n figura 3.17.

Fig.3.17. Schema bloc a unui sistem de reglare automat dup abatere:

EC - element de comparaie; R - regulator (dispozitivul de comand al sistemului);

BCC - bloc de calcul i comand; EE - element de execuie; P- procesul reglat;

T-traductorul (dispozitivul de msurare); ECTA- element de convertiee, transmitere i

adaptare.

Simbolizarea aparatelor de automatizare. Un aparat de automatizare se

simbolizeaz cu 2 caractere. Primul este simbolul parametrului reglat iar

cellalt este simbolul aparatului de automatizare.

Simbolul parametrului reglat: T - temperatur; P - presiune; L - nivel; F

-debit.

Simbolul aparatului: T - traductor; C - regulator; R - nregistrator; I -

indicator; Y convertor, A analizor.

Exemple:

Regulator de presiune.

nregistrator de nivel.

Traductor de nivel.



18/31


Robinet de reglare cu acionare pneumatic:

Robinet de reglare cu acionare electric:

Convertor electro-pneumatic: sau

Parametrii tehnologici cei mai frecveni ntlnii n practica industrial

sunt debitul, presiunea, nivelul i temperatura. La instalaiile de foraj, un

parametru important care se impune a fi reglat este sarcina pe sapa de foraj.

3.3.1. Sisteme de reglare a debituluiProcesul de modificare al debitului de lichid care circul printr-o

conduct de lungime medie (de ordinul zecilor sau sutelor de metri) este

caracterizat printr-o dinamic relativ rapid, cu regimuri tranzitorii de ordinul

secundelor. ntrzierea care apare se datorete ineriei masei de lichid n

micare, frecrii interne i de pereii conductei, ineriei pompelor i, nu n

ultimul rnd, ntrzierii rspunsului robinetului de reglare [1].

Deoarece semnalul de msur generat de traductorul de debit conine n

multe cazuri un nivel de zgomot semnificativ, regulatoarele de debit sunt de tip

PI, cu componenta proporional slab (cu factorul de proporionalitate Kp

subunitar) i componenta integral puternic (cu constanta de timp integral Ti

mic, de ordinul secundelor sau zecilor de secunde).

Reglarea debitului pompelor centrifuge

Cele mai ntlnite metode de reglare a debitului pompelor centrifuge

sunt :

a.) prin strangularea variabil a conductei de refulare (fig.3.18,a);

b.) prin strangularea variabil a conductei de recirculare (fig.3.18,b);

c.) prin modificarea vitezei de rotaie a pompei (fig.3.19).

n schemele sinoptice ale sistemelor de reglare a debitului, simbolurile

utilizate au urmtoarele semnificaii: FT traductor de debit (flow-transducer);

FR nregistrator de debit (flow-recorder); FI indicator de debit (flow-


EP


19/31


indicator); FC regulator de debit (flow-controller); E/P convertor electro-

pneumatic; - extractor de radical.

Fig.3.18. Sisteme de reglare a debitului pompelor centrifuge:

a) cu RR pe conducta de refulare; b) cu RR pe conducta de recirculare.

Rolul extractorului de radical este acela de liniarizare a caracteristicii

statice im(Q) a sistemului de msurare a debitului, n ipoteza utilizrii unui

traductor de debit cu diafragm. La sistemele de reglare electronice unificate,

curentul de referin ir, curentul de msur im i curentul de comand ic sunt

semnale unificate n gama 4..20 mA c.c. , iar presiunea de comand pc estesemnal unificat n gama 0,2..1,0 bar.

La reglarea prin strangulare a conductei de refulare se utilizeaz un

robinet de reglare mai mare (deci mai scump i mai dificil de ntreinut) dect

la reglarea prin strangularea conductei de recirculare. n schimb, domeniul n

care debitul poate fi reglat prin prima metod este mai mare dect n cazul celei

de-a doua metode. La ambele metode, o parte semnificativ din energia i

presiunea lichidului se consum pe robinetul de reglare. Acest neajuns esteeliminat prin utilizarea celei de-a treia metode de reglare.

n schema din figura 3.19, de reglare prin modificarea vitezei de rotaie

a pompei, RTD este un redresor trifazat dubl alternan cu ase tiristoare (cte

dou pentru fiecare faz), care genereaz tensiunea rotoric U pentru comanda

motorului de curent continuu Mcc, iar BCG este un bloc de comand pe gril,

care genereaz impulsuri periodice pentru comanda tiristoarelor, cu unghiul de

deschidere dependent de curentul continuu de comand ic.



20/31


Fig.3.19. Sistem de reglare a debitului prin modificarea turaiei pompei.

Dac debitul reglat crete (datorit reducerii sarcinii sistemului

hidraulic), atunci traductorul de debit FT sesizeaz imediat aceast cretere, iar

curentul de msur im de la ieirea extractorului de radical va crete, depind

valoarea curentului de referin ir. n urma procesrii erorii ir-im, regulatorul va

mri regulatorul de comand ic, blocul de comand pe gril va crete unghiul

de deschidere a tiristoarelor c, tensiunea redresat U va scdea, viteza de

rotaie n a motorului de antrenare a pompei se va reduce, iar debitul refulat de

pomp va scdea, revenind n final la valoarea dinainte. Echipamentul de

automatizare este mai complex i mai scump dect la primele dou metode de

reglare, dar acest dezavantaj este compensat de faptul ca ntreaga energie a

pompei este utilizat numai la transportul lichidului pe conduct, fr a mai

avea pierderi de energie i presiune pe robinetul de reglare.

Reglarea debitului pompelor cu piston

La vitez de rotaie constant, forma caracteristicii de lucru a pompelor

cu piston difer substanial de cea a pompelor centrifuge (fig.3.20).

Fig.3.20. Caracteristicile de lucru ale pompelor centrifuge (Pcf) i cu piston (Pp).



21/31


Deoarece la pompele cu piston, debitul se menine practic constant n

raport cu presiunea de refulare, metoda de reglare cu robinetul montat pe

conducta de refulare nu este aplicabil. Schemele de reglare a debitului

pompelor centrifuge prin strangularea variabil a conductei de reciclare i prinmodificarea vitezei de rotaie a pompei rmn ns valabile, cu observaia c n

locul simbolului pompei centrifuge Pcf se va utiliza simbolul pompei cu piston

Pp. Avantajele i dezavantajele fiecreia din cele dou metode de reglare a

debitului pompelor centrifuge se menin la reglarea debitului pompelor cu

piston.

3.3.2. Sisteme de reglare a presiuniiReglarea presiunii se ntlnete frecvent la transportul fluidelor pe

conducte cu lungimi scurte, medii sau lungi (pn la 100 km), la procesarea sau

depozitarea fluidelor compresibile etc.

Reglarea presiunii pompelor i compresoarelor centrifuge sau cu

piston se poate face prin oricare din cele trei metode utilizate la reglarea

debitului pompelor centrifuge. Din considerente de ordin tehnologic, n cazul

metodei de reglare prin strangularea conductei de refulare, traductorul depresiune PT presure-transducer trebuie ns amplasat n aval de robinetul de

reglare (fig.3.21).

Fig.3.21. Sistem de reglare a presiunii prin strangularea conductei de refulare.

n cazul transportului lichidelor, dinamica sistemelor de reglare a

presiunii este comparabil cu cea a sistemelor de reglare a debitelor, iar

regulatoarele utilizate sunt de tipul P sau PI [1]. La transportul fluidelor

compresibile, dinamica procesului este mai lent, n funcie de debitul de fluid



22/31


i de volumul nsumat al conductei (din aval de surs) i al instalaiei de

destinaie a fluidului, iar regulatoarele utilizate pot fi de tip P, PI sau PID.

Reglarea presiunii din aparatele tehnologice de tip recipient

(separatoare gaz iei, reactoare, coloane de separare .a.) se face de obiceiprin modificarea debitului de emisie sau a debitului de evacuare, alegerea

variantei de reglare fiind impus de condiiile i caracteristicile procesului

tehnologic modificarea debitului admis sau evacuat se poate face cel mai

simplu cu ajutorul unui robinet de reglare montat pe conducta de intrare

respectiv de ieire a fluidului (fig.3.22).

n cazul reglrii presiunii ntr-un separator gaz iei SGT, robinetul de

reglare RR este montat pe conducta de evacuare a gazului ctre instalaia de

degazolinare. Montarea robinetului de reglare pe conducta de amestec iei

ap gaz de la intrarea separatorului este improprie din punct de vedere

tehnologic, dat fiind faptul ca separatorul trebuie s acumuleze ntreaga

producie a sondelor de petrol racordate la acestea (fig.3.23).

Fig.3.22. Sistem de reglare a presiunii ntr-un aparat de tip recipient.

Fig.3.23. Sistem de reglare a presiunii ntr-un separator gaz-iei.



23/31


3.3.3. Sisteme de reglare a nivelului

Reglarea nivelului de lichid ntr-un aparat tehnologic sau rezervor se

face prin modificarea debitului de lichid de admisie sau de evacuare, alegerea

variantei convenabile fiind determinat numai de considerente de ordintehnologic. Din aceleai considerente, reglarea nivelului de interfa ntre dou

lichide nemiscibile se poate face numai prin modificarea debitului de evacuare

a lichidului cu densitate mai mare (situat sub nivelul de interfa). Procesul,

avnd ca mrime de intrare debitul volumic Q de lichid evacuat i ca mrime

de ieire nivelul h, este de tip pur integral, caracterizat prin ecuaia:

+

=t

ohQdt

A

h 01

, (3.12)

unde A este aria seciunii orizontale de lichid n dreptul liniei de nivel.

Regulatoarele de nivel continue sau numerice pot fi de tipul P sau PI, cu

componenta proporional puternic i componenta integral foarte slab

(invers ca la reglarea debitului).

n schema sistemului de reglare a nivelului din figura 3.24, LT este

traductorul de nivel (level transducer), LI indicatorul de nivel (level

indicator), LC regulatorul de nivel (level controller), iar E/P convertorul

electro-pneumatic. Dac debitul de lichid de la intrarea instalaiei scade, atunci

nivelul ncepe s scad [1].

Fig.3.24. Sistem unificat de reglare a nivelului.

Traductorul de nivel LT sesizeaz scderea nivelului i reduce

proporional semnalul de msur im, regulatorul LC proceseaz eroarea ir im

i, n conformitate cu algoritmul de reglare implementat, modific semnalul de

comand ic.



24/31


Presiunea de comand pc de la ieirea convertorului E/P se modific,

robinetul de reglare RR reduce seciunea de curgere, debitul evocat scade sub

valoarea debitului de intrare, iar nivelul va ncepe s creasc, revenind n final

(dac regulatorul este de tip PI) la valoarea iniial (egal procentual cuvaloarea semnalului de referin ir).

La reglarea nivelului lichidelor vscoase i cu un coninut mare de

impuriti, pentru evitarea nfundrii elementului obturator se folosesc de

obicei regulatoarele bipoziionale, care genereaz un semnal de comand cu

dou valori distincte (pentru deschiderea i nchiderea parial sau total a

robinetului de reglare). Un exemplu elocvent de reglare bipoziional a

nivelului l ntlnim la separatoarele gaz iei (fig.2.25).

Fig.2.25. Sistem de reglare bipoziional a nivelului.

Regulatorul specializat LC este alctuit dintr-un traductor de nivel cu

plutitor, un dispozitiv mecanic cu prghie i burduf de etanare (pentru

transmisia poziiei plutitorului n exteriorul vasului) i un robinet cu trei ci R,

pilotat pe cale mecanic. Robinetul R are dou stri distincte: starea 1, n care

ieirea robinetului este conectat la o surs de aer comprimat cu presiune de 1,4

bar i starea 2, n care ieirea robinetului este conectat la atmosfer. Deoarece

n aciunea de pilotare a robinetului R intervine i fenomenul de frecare

mecanic, caracteristica static de tip releu a regulatorului prezint histerezis.

Prin raportare la poziia plutitorului, valoarea histerezisului este, de exemplu,

de 20 cm. Robinetul de curgere RR este normal nchis i are obturatorul de tip

seral (asigurnd n poziia deschis o seciune de trecere avnd aria practic

egal cu cea a conductei).

Dac robinetul de reglare este nchis (robinetul cu trei ci R se afl n

starea 2), atunci nivelul din separator crete. Cnd nivelul depete cu 10 cm



25/31


cota de referin, prghia plutitorului comut robinetul R din starea 2 n starea

1. Presiunea de comand pc devine 1,4 bar, iar robinetul de reglare RR se

deschide complet. Debitul de lichid evacuat sub aciunea presiunii din separator

este de cteva ori mai mare dect debitul de intrare n separator; n consecin,nivelul va ncepe sa scad. Atunci cnd nivelul scade cu 10 cm sub cota de

referin, prghia plutitorului comut robinetul R din starea 1 n starea 2.

Presiunea de comandpc devine zero (aerul din camera activ a servomotorului

robinetului de reglare fiind evacuat n atmosfer), robinetul de reglare RR se

nchide, debitul de lichid evacuat redevine zero, nivelul n separator ncepe s

creasc i ciclul se reia de la capt.

3.3.4. Sisteme de reglare a temperaturii

Procesele de transfer termic, sunt procese lente, cu regimuri tranzitorii de

ordinul minutelor i zecilor de minute, n funcie de dimensiunile instalaiilor n

care au loc aceste procese (cuptoare, schimbtoare de cldur, reactoare

chimice, etc). n funcie de unele cerine impuse, privind simplitatea, robusteea

i performanele de reglare, regulatoarele de temperatur pot fi de tipul P, PI,

PID sau de tipul bipoziional. La cuptoarele tubulare, reglarea se face prinmodificarea debitului de combustibil sau a presiunii gazului combustibil, iar la

schimbtoarele de cldur, reglarea se face prin modificarea debitului de agent

termic (vapori supranclzii, aer de rcire, ap de rcire etc.) [2].

Fig.3.26. Sistem de reglare a temperaturii gazelor arse

din camera de radiaie a unui cuptor tubular.



26/31


n schema de reglare a temperaturii gazelor arse din camera de radiaie

a unui cuptor tubular (fig.3.26), simbolurile elementelor de automatizare au

urmtoarele semnificaii: TT traductor de temperatur (temperature

transducer), TR nregistrator de temperatur (temperature recorder), TC regulator de temperatur (temperature controller), I/P y convertor electro-

pneumatic.

Gradul de deschidere a robinetului de reglare RR influeneaz valorile

debitului i presiunii combustibilului, dar nu n mod univoc. Aceste valori sunt

ns influenate i de presiunea sursei de combustibil. n plus, caracteristica

static (de lucru) a robinetului este ntotdeauna neliniar, uneori prezentnd un

histerezis de valoare ridicat (la robinetele de reglare fr poziioner). Aceste

inconveniente pot fi eliminate prin nlocuirea elementului de execuie

(robinetul de reglare) cu un sistem de reglare automat a presiunii

combustibilului (numai n cazul unui combustibil gazos). n acest caz, semnalul

de comand a regulatorului de temperatur constituie referina regulatorului de

debit (sau de presiune), iar reglarea simpl a temperaturii devine reglare n

cascad.

n prezent realizarea sistemelor automate se face cu mijloace tipizate i

standardizate dup normele unificate ale firmelor constructoare de astfel de

mijloace. Proiectarea SRA se reduce la alegerea traductorului, a regulatorului, a

elementului de execuie, a elementelor de convertire i adaptare, a aparaturii de

vizualizare pentru variabila reglat sau pentru alte mrimi din sistem, innd

cont de particularitile procesului reglat.

Cele mai legate de specificul variabilei reglate sunt traductorul i

elementul de execuie pe cnd alegerea regulatorului i a aparaturii de

vizualizare a variabilei reglate este practic independent de aceasta, dar este

dependent de mijloacele de conducere la nivel superior ale sistemului de

reglare automat. n cadrul alegerii elementelor SRA trebuie s se precizeze cel

puin urmtoarele date:

- denumirea i tipul elementului respectiv;

- varianta de realizare fizic;

- clasa de precizie;

- limitele de lucru ale principalelor variabile.



27/31


Alegerea fiecrui element al SRA trebuie fcut asfel nct s se asigure

o compatibilitate i o ct mai corect cuplare cu celelalte elemente ale

sistemului, adic semnalul de ieire al unui element s fie de aceeai natur i

s aib aceleai limite de variaie ca semnalul de intrare al elementului urmtor.

3.4. SISTEME DE REGLARE AUTOMAT

EVOLUATE

n afar de sistemele de reglare simple cu cte un singur regulator, n

practic se folosesc i sisteme evoluate:

- SRA n cascad;

- SRA combinate;

- SRA interconectate.

3.4.1. SRA n cascad

Aceste sisteme conin dou sau mai multe bucle de reglare, una inclus

n cealalt i au proprietatea c regulatorul din bucla inclus (slave) primete

valoarea de referin de la bucla care include (master) [2].

Schema general a unei astfel de conexiuni este prezentat n figura

3.27.

Fig.3.27. Schema general a unui SRA n cascad.



28/31


Aceste sisteme se folosesc pentru reglarea proceselor care ofer o

variabil intermediar ntre intrarea comandat i ieire, variabil care este

reglat cu ajutorul buclei interne. Variabila de ieire este reglat cu ajutorul

buclei externe (care include). n acest mod se pot anula efectele perturbaiilorcare acioneaz asupra variabilei intermediare aa nct acestea s nu se fac

simite asupra variabilei de ieire.

n figura 3.28 este prezentat sistemul de reglare a temperaturii

produsului nclzit n cascad cu presiunea gazului combustibil la un cuptor

tubular [1].

Fig.3.28. Sistem de reglare a temperaturii

n cascad cu presiunea gazului combustibil.

Regulatorul de temperatur TC este regulatorul principal (master), n

timp ce regulatorul de presiune PC este regulatorul secundar (inclus sau slave).

Prin aplicarea semnalului de ieire al regulatorului de temperatur TC la

intrarea de referin a regulatorului de presiune PC, o variaie de valoare

arbitrar a comenzii regulatorului de temperatur se materializeaz, dup un

scurt regim tranzitoriu ntr-o variaie procentual egal a presiunii gazului

combustibil la intrarea n cuptor. n plus, deoarece sistemul de reglare a

presiunii este mult mai rapid dect sistemul de reglare al temperaturii, efectul

modificrii presiunii sursei de gaz combustibil asupra presiunii gazului

combustibil la intrarea n cuptor este relativ rapid eliminat de ctre sistemul

intern de reglare a presiunii, astfel nct temperatura produsului la ieirea din

cuptor rmne practic neafectat.



29/31


3.4.2. SRA combinate

Acest sistem, SRA combinat, reprezint un ansamblu format din SRA

dup abatere i SRA dup perturbaie. Astfel de sisteme sunt folosite pentru

reglarea proceselor lente cu inerie mare [2]. Schema general a unei astfel deconexiuni este prezentat n figura 3.29.

Fig.3.29. Schema general a unui SRA combinat.

Exemplu: SRA temperatur de ieire a produsului nclzit de la un

cuptor tubular (fig.3.30).

TIC- regulator indicator de temperatur;

TRC- regulator nregistrator de temperatur.

Fig.3.30. SRA temperatur de ieire a produsului nclzit la un cuptor tubular.

Sistemul combinat este alctuit din: SRA dup abatere a temperaturii

din camera de radiaie, SRA dup abatere a temperaturii produsului nclzit,

SRA dup perturbaie a debitului de produs.



30/31


3.4.3. SRA interconectate

Sunt acele sisteme care au dou sau mai multe variabile reglate cu

ajutorul a dou sau mai multe variabile comandate ce au influen asupra

tuturor variabilelor reglate (fig.3.31).

Fig.3.31. SRA interconectat i decuplat:

ED element de decuplare; P obiectul reglrii intercuplat

Dac nu se folosesc elemente externe de compensare a efectelor reciproce

ale unui circuit de reglare asupra celuilalt, comenzile de reglare ale unui

circuit constituie perturbaii pentru cellalt circuit, datorit influenelor

reciproce ce au loc prin intermediul procesului multivariabil [2].Prin conectarea ntre fiecare circuit de reglare i celelalte circuite a cte

unui element de compensare, care s introduc n aceste circuite efecte egale i

opuse efectelor care sunt introduce prin proces, se poate asigura o reglare

neperturbat reciproc, ca i cnd circuitele de reglare n-ar fi intercuplate prin

process, ci ar funciona independent. De aceea, despre aceste sisteme se spune

c suntsisteme decuplate.

SUBIECTE DE CONTROL

1. Ce tipuri de regulatoare cunoatei?

2. Prezentai structura i funcionarea unui regulator bipoziional.

3. Prezentai structura i funcionarea servomotorului pneumatic al unui

robinet de reglare.



31/31


4. Care sunt cauzele apariiei histerezisului n cazul caracteristicii

statice a SM?

5. Definii caracteristicile statice ale OR.

6. Desenai i comentai o schem de reglare a presiunii.7. Desenai i comentai o schem de reglare a temperaturii la un cuptor

tubular.

TEST DE AUTOEVALUARE

3.1. Care este rolul regulatorului n cadrul unui SRA?

3.2. Scriei i comentai algoritmul PID pentru un regulator electronic.

3.3. Scriei ecuaia caracteristicii statice a unui regulator de tip

proporional, tiind c xi, xr, xc sunt cureni n gama 420 mA, xi =10 mA,

xc0=60%, Bp=50%.

3.4. Care este rolul robinetului de reglare ntr-un SRA?

3.5. Care sunt prile componente ale unui RR?

3.6. Caracteristica static a servomotorului unui robinet de reglare estedependena dintre:

a) Q = f(h) ;

b) h = f(pc) ;

c) h = f(Q).

3.7. Caracteristica de lucru a unui robinet de reglare este dependena:

a) Q = f(h);

b) Q = f(pc);

c) Q = f(Ic).

3.8. Cum se corecteaz fenomenul de histerezis ce apare n cazul

servomotorului unui RR?

3.9. Care sunt prescripiile de utilizare ale SRA n cascad?

3.10. Prezentai caracteristicile SRA interconectate.

145

echipamente si sisteme de reglare

Documents