Automatizări tehnologice si biotehnologice

CURS 1 Noţiuni generale Sistem - model fizic realizabil al unui ansamblu de obiecte naturale sau

create artificial care acţionează împreună în vederea realizării unui obiectiv comun, în care unele mărimi sunt cauza şi altele sunt efectul.

Proces - succesiune de transformări, transferuri de masă şi energie, care caracterizează diverse obiecte sau fenomene în desfăşurarea lor spaţio-temporală. Procesul tehnologic are ca obiectiv realizarea unui produs. Procesul este o subclasă a clasei generale a sistemelor

Model – reprezentarea (de cele mai multe ori simplificată) a unui sistem, care permite obţinerea de informaţii despre comportarea sistemului analizat.

Experiment - este un proces de extragere a datelor de la un sistem prin modificarea valorilor intrărilor acestuia

Automatica este o parte a ştiinţelor tehnice care studiază teoria si practica realizării constructive a sistemelor de conducere, destinate eliminării intervenţiei umane în elaborarea deciziilor directe privind funcţionarea proceselor.

Automatizarea reprezintă aplicarea automaticii la un proces sau la o clasă de procese. Obiectul automatizării îl reprezintă conducerea, fără intervenţia directă a unui operator uman a transformărilor, a transferurilor de energie şi masă caracteristice unui proces tehnologic în vederea satisfacerii unui criteriu de calitate.

Ramura ştiinţei care se ocupă cu studiul metodelor şi mijloacelor prin intermediul cărora se asigură conducerea proceselor tehnice, fără intervenţia directă a operatorului uman, poartă denumirea de AUTOMATICĂ.

Implementarea practică a acestor principii, metode şi mijloace de automatizare poartă denumirea de AUTOMATIZARE.

În automatică, SISTEMUL AUTOMAT este format din: - obiectul sau procesul automatizat; - instalaţia (echipamentul) de automatizare Sistem automat - ansamblul format din procesul (tehnic) condus şi

echipamentul de automatizare (de conducere) care asigură desfăşurarea procesului după anumite legi. Din punct de vedere al automatizării interesează procesele fizice care au loc în instalaţiile tehnologice, denumite procese de producţie sau tehnologice.

Automatizarea unui proces asigură evoluţia dorită a acestuia în conformitate cu un program prestabilit, cu luarea în considerare a tuturor regimurilor de funcţionare şi a condiţiilor tehnologice specifice. Astfel pe lângă cerinţa de a menţine regimuri de funcţionare prescrise, prin automatizare se asigură funcţii de pornire-oprire, protecţie şi interblocare, semnalizare-alarmare, monitorizare mărimi caracteristice.

Automatizarea proceselor are ca efecte directe sau indirecte

reducerea costurilor specifice de producţie, creşterea calităţii şi creşterea productivităţii muncii prin:

- creşterea capacităţii reale de lucru a maşinilor şi instalaţiilor; - îmbunătăţirea şi stabilizarea parametrilor calitativi; - mărirea siguranţei în exploatare; - utilizarea optimă a resurselor materiale şi energetice şi micşorarea

pierderilor; - reducerea eforturilor fizice şi psihice ale operatorului uman; - reducerea poluării mediului; In teoria generală a sistemelor, în automatică precum şi în multe alte

ştiinţe se utilizează pentru modelarea sistemelor scheme bloc. Schemele bloc sunt o modalitate de modelare grafică a unui sistem

care utilizează elemente denumite blocuri, reprezentate grafic sub forma de dreptunghiuri, cercuri, elipse, etc. Un bloc reprezintă o entitate funcţională caracterizată prin mărimi de intrare, mărimi de ieşire şi o funcţională (funcţională de transfer) care leagă mărimile de ieşire, care sunt efectul, de mărimile de intrare, care sunt cauza.

Dacă funcţionala este cunoscută, blocul se denumeşte alb (white box), iar dacă nu este cunoscută se denumeşte negru (black box) .

In teoria sistemelor exista următoarea definiţie: Un model (M) pentru un sistem (S) şi un experiment (E) este un obiect

(orice) pe care poate fi aplicat E pentru a obţine informaţii despre S. In figura 1.1 este prezentată schema bloc cea mai generală a unui sistem S.

Fig. 1.1 Schema bloc generală a unui sistem

unde: I – mărimi de intrare; S – sistem; E – mărimi de ieşire.

I S E

Un sistem poate fi privit ca un model al unui obiect, realizat prin

metode sistemice, în scopul studierii în raport cu variabila independentă timpul.

METODELE de studiu utilizate în automatică, sunt : următoarele:

– metoda renunţării; – metoda experimentală; – metoda analitică; – metoda sistemică

a) METODA RENUNŢĂRII, conform căreia se renunţă parţial şi temporar la cunoaştere în scopul desăvârşirii cunoaşterii. Se bazează pe conceptul de “cutie neagră” (black box), cu una sau mai multe intrări xi care se modifică în timp şi se obţine o ieşire xe sau mai multe, care se modifică în timp (fig. 1.2).

Funcţia f stabileşte o legătură între mărimea de intrare şi mărimea de ieşire, xe(t)=f[xi(t)] şi poate fi o funcţie logică, algebrică, diferenţială sau complexă.

Sistem monovariabil Sistem multivariabil Fig. 1.2. Conceptul de cutie neagră conform metodei renunţării.

Metoda renunţării se aplică nu numai la definirea cutiei negre, ci şi la definirea semnalelor de intrare xi şi a semnalelor de ieşire xe (fig. 1.3).

Prin eşantionare se pierde informaţia conţinută în semnal între momentele eşantionării, deci se renunţă în mod intenţionat la o parte din informaţie, dar se creează astfel posibilitatea prelucrării numerice a semnalului prin conversia analog-numerică a eşantioanelor extrase.

Corespunzător celor trei tipuri de semnale, se deosebesc trei tipuri de

sisteme automate:

– sisteme automate continue; – sisteme automate discrete logice; – sisteme automate discrete cu eşantionare;

Fig. 1.3. Metoda renunţării aplicată semnalelor de intrare şi de ieşire.

b) METODA EXPERIMENTALĂ are la bază efectuarea de măsurări: - pe teren la faţa locului; - pe modele pentru determinarea funcţiei f şi a mărimii de ieşire xe Pentru ca experimentele să fie comparabile, s-au stabilit semnale de

intrare tip care se pot aplica sistemelor studiate: - semnal treaptă unitară (Heaviside) care corespunde, spre exemplu,

procedurilor de pornire şi de oprire; - semnal impuls Dirac; - semnale logice tip sub forma unor coduri; - semnal rampă; - semnal sinusoidal; - semnal triunghiular; - semnal trapezoidal.

c) METODA ANALITICĂ. Se presupune că procesul se poate descompune în părţi componente tipice, se studiază fiecare subansamblu şi apoi se reconstituie procesul iniţial.

Aplicarea metodei analitice la sistemele continue impune posibilitatea aplicării principiului superpoziţiei, adică într-o exprimare sintetică efectul sumei este egal cu suma efectelor.

Principiul superpoziţiei poate fi aplicat numai sistemelor liniare, adică acelor sisteme care au caracteristica statică o dreaptă.

Figura 1.4 ilustrează principiul superpoziţiei (principiul suprapunerii efectelor), care poate fi enunţat astfel: răspunsul unui sistem liniar, produs de diferite semnale de intrare care acţionează simultan, este egal cu suma răspunsurilor produse de fiecare din semnale acţionând separat.

d) METODA SISTEMICĂ presupune aplicarea primelor trei metode, astfel încât să se pună în evidenţă anumite structuri, elemente şi variabile de stare.

Legat de metoda sistemică, se evidenţiază conceptul de legătură inversă, reacţie, sau “feedback”, un concept de bază în automatică (fig. 1.5).

Fig. 1.5. Conceptul de legătură inversă (feedback).

Reacţia sau legătura inversă (de la ieşire la intrare) poate fi de tip negativ, atunci când ieşirea se opune acţiunii intrării, sau de tip pozitiv, atunci când ieşirea se adună cu intrarea.

Experimental s-a constatat că ieşirea mai depinde şi de starea sistemului.

Problemele sistemelor automate

Pentru un sistem automat, reprezentat ca în figura 1.6, se pot ridica următoarele probleme: analiza, sinteza, testarea, sensibilitatea, optimizarea.

Fig. 1.6. Sistem automat reprezentat sub forma schemei bloc.

a) Problema analizei Sistemul automat există, se cunoaşte funcţia f, se aplică la intrarea

sistemului mărimea de intrare xi dorită şi se determină variaţiile în timp ale mărimii de ieşire xe, ceea ce permite determinarea performanţelor sistemului automat.

Pe scurt, problema analizei se poate scrie: xi, f xe

b) Problema sintezei

Sistemul automat trebuie sintetizat (proiectat), deci se determină funcţia f care face legătura între intrarea xi şi ieşirea xe.

Mărimea de ieşire dorită xe rezultă din tema de proiectare a sistemului automat, în condiţiile în care sunt cunoscute variaţiile în timp care pot apare pentru mărimea de intrare xi.

Problema sintezei se poate scrie: xi, xe f

c) Problema testării

Sistemul automat a fost proiectat şi implementat şi trebuie testat în vederea punerii în funcţiune, sau periodic pe durata exploatării. Metoda de testare constă în aplicarea unor intrări tip care permit evidenţierea şi localizarea defectelor.

Se cunosc funcţia f şi ieşirea xe şi se determină intrarea xi care conduce la o anumită ieşire.

Deci se poate scrie: f, xe xi

Funcţiile sistemelor automate

Pentru a putea prezenta funcţiile realizate de către sistemele automate sunt necesare mai întâi câteva precizări legate de structura unui sistem automat.

Sistemul automat este alcătuit din echipamentul de automatizare EA şi din instalaţia tehnologică IT în care se desfăşoară procesul P (fig. 1.7). Procesul P este constituit dintr-un grup de transformări (de masă, de substanţă, de energie, de informaţie), caracterizate prin unul sau mai mulţi parametri. Procesul se desfăşoară în scopul realizării unui produs finit.

Instalaţia tehnologică constituie partea condusă a sistemului automat.

Fig. 1.7. Scheme bloc pentru un sistem automat.

Mărimea de intrare xi se notează de obicei cu w şi poartă numele de mărime de referinţă, sau pe scurt referinţă. Mărimea de ieşire xe se notează de obicei cu y şi poartă numele de mărime reglată. Valoarea mărimii reglate se stabileşte cu ajutorul referinţei care se impune sistemului automat. Structura cel mai frecvent întâlnită pentru un sistem automat este următoarea (fig. 1.8):

Fig. 1.8. Structura de bază a unui sistem de reglare automată. Semnificaţia blocurilor componente şi a mărimilor ce apar în figura 1.8 este următoarea: C - comparator, R – regulator automat, E – element de execuţie, P – proces (instalaţie tehnologică), T – traductor, w – referinţă, yr – reacţie (mărimea măsurată), ε - abaterea, u – comanda regulatorului, m – mărimea cu care elementul de execuţie acţionează asupra procesului, y’ – ieşirea neperturbată, v – perturbaţia, y – ieşirea perturbată. În structura sistemului de reglare automată se deosebesc calea directă, pe care se găsesc R, E, P şi calea inversă (de reacţie) pe care se găseşte T.

Funcţiile sistemelor automate

Funcţiile sistemelor automate sunt date de funcţiile echipamentelor de automatizare şi sunt următoarele: 1. funcţia de comandă, 2. funcţia de reglare, 3. funcţia de măsurare, 4. funcţia de control, 5. funcţia de semnalizare, 6. funcţia de protecţie. a) Funcţia de comandă ( comanda în buclă deschisă, fără reacţie) este realizată numai de către calea directă a sistemului automat. Se aplică la intrarea sistemului o comandă prin modificarea mărimii de referinţă w, iar la ieşire se obţine o valoare y a ieşirii din sistem. Nu are loc şi o verificare a modului în care y atinge valoarea impusă cu ajutorul lui w. Exemplu: Se comandă pornirea unui motor electric, dar operatorul nu dispune de nici un mijloc de control asupra execuţiei comenzii.

b) Funcţia de reglare (comanda în buclă închisă, cu reacţie) se îndeplineşte numai dacă există calea de reacţie cu ajutorul căreia se verifică în mod automat executarea comenzii simple de tipul închis-deschis, sau după o anumită lege de reglare. c) Funcţia de măsurare este realizată cu ajutorul căii de reacţie, iar elementul care realizează această funcţie este traductorul. Asigură o informare cantitativă asupra parametrilor procesului. d) Funcţia de control este realizată prin calea de reacţie, dar în mod discontinuu, pentru sesizarea depăşirii anumitor limite ale parametrilor procesului. e) Funcţia de semnalizare se realizează optic selectiv şi acustic colectiv. Realizează o informare calitativă asupra parametrilor procesului. f) Funcţia de protecţie duce la blocarea sau oprirea funcţionării procesului atunci când anumiţi parametri depăşesc valorile prestabilite.

Regulatoare

Regulatorul reorezintă componenta “inteligentă” al unui sistem de reglare Funcţia de reglaj, (funcţia de transfer a regulatorului) indică dependenţa dintre semnalul de comandă generat şi abatere Reglajul poate fi:

- liniar - ideal - neliniar - real

Proces controlat Elem. de execuţie

Regulator

Traductor

+ -

VP

VM

C m

ε VE

Clasificarea regulatoarelor după natura semnalului de comandă generat:

regulatoare continue – semnalul de comandă este o funcţie continuă în raport cu abaterea şi cu timpul (ex.: regulatoare P, PI, PID, etc.) regulatoare discontinue – semnalul de comandă este o funcţie care are discontinuităţi în raport cu abaterea (ex.: regulatoare bipoziţionale, tripoziţionale şi în mai multe trepte) regulatoare discrete – semnalul de comandă este o funcţie discretă în timp, adică se generează impulsuri modulate în amplitudine, frecvenţă, factor de umplere sau se generează informaţii codificate binar

Clasificarea regulatoarelor după tehnologia folosită pentru implementarea funcţiei de reglaj:

regulatoare mecanice, hidraulice, pneumatice – se folosesc componente mecanice, hidraulice sau pneumatice mai mult sau mai puţin standardizate; este dificil de implementat o funcţie de reglaj, optimă din punct de vedere teoretic, regulatoare electronice sau analogice – se folosesc componente electronice active (tranzistor, amplificator operaţional) şi pasive (rezistenţă, condensator, bobină); precizia de implementare a funcţiei de reglaj depinde de precizia componentelor regulatoare digitale sau numerice – utilizează componente digitale (porţi logice, bistabile, etc.), inclusiv microprocesor; funcţia de reglaj se implementează printr-o schemă logică sau prin program; în ultimul caz pot fi implementate funcţii complexe de reglaj, iar precizia de reglaj nu depinde de precizia componentelor

Clasificarea regulatoarelor după mărimea constantelor de timp implicate:

regulatoare pentru procese lente – constantele de timp ale procesului sunt foarte mari (peste zeci de secunde); exemple: reglare temperatură, nivel, concentraţii de gaze regulatoare pentru procese rapide – constantele de timp sunt relativ mici (sub câteva secunde); exemplu: reglarea turaţiei motoarelor, poziţionare, reglare presiune

Clasificarea regulatoarelor după gradul de adaptabilitate:

regulatoare clasice (neadaptive) – coeficienţii de reglaj se acordează manual regulatoare autoadaptive – coeficienţii de reglaj se acordează automat

Studiul algoritmilor de reglare tipizaţi cu acţiune continuă

Regulatoarele tipizate cu acţiune continuă se consideră cu orientarea dată în

figura următoare:

În lucrarea de faţă se vor studia regulatoarele cu acţiune continuă şi anume: regulatorul de tip proporţional RG-P, regulatorul de tip proporţional-integral RG-PI, regulatorul de tip proporţional - derivativ RG-PD, regulatorul de tip proporţional-integral - derivativ RG-PID.

Regulatorul cu acţiune continuă de tip proporţional RG-P

Regulatorul de tip proporţional asigură o dependenţă proporţională între mărimea de comandă şi mărimea de acţionare: Acestui MM-II, îi corespunde în planul complex funcţia de transfer (f.d.t.): Valoarea coeficientului de transfer KR influenţează în mod eficient amortizarea S.R.A., respectiv rezerva de stabilitate a S.R.A. RG-P ideal are un singur parametru şi anume coeficientul de transfer KR (numit şi factor de amplificare). Simbolizarea RG-P se realizează ca în figura de mai jos: RG-P real corespunde diverselor realizări tehnice ale unui RG-P ideal.

În practică, RG-P cu acţiune continuă se realizează cu amplificatoare operaţionale AO plecând de la schemele cunoscute sub denumirea de AO în conexiune inversoare şi AO în conexiune neinversoare. a) AO în conexiune inversoare

b) AO în conexiune neinversoare

Regulatorul cu acţiune continuă de tip

proporţional-integrator RG-PI

Regulatorul de tip PI asigură o mărime de comandă a cărei variaţie ∆u(t) are două componente: -prima proporţională cu mărimea de acţionare având valoarea:

-a doua proporţională cu integrala mărimii de acţionare:

Deci se poate scrie MM-II corespunzător RG-PI astfel: În valori absolute: Acestui MM-II îi corespunde (dacă u(0) = 0) în planul complex funcţia de transfer:

RG-PI ideal are doi parametri: coeficientul de transfer KR şi constanta de timp de integrare Ti. Simbolizarea RG-PI se realizeaza conform figurii următoare: Valoarea coeficientului de transfer KR influenţează în mod eficient amortizarea S.R.A., respectiv rezerva de stabilitate a acestuia. Constanta de timp de integrare Ti influenţează pulsaţia de tăiere ωt şi timpul de reglare tr. De regulă, Ti se alege astfel încât să compenseze constanta de timp dominantă a S.R.A. şi deci să asigure timpul de reglare dorit. Componenta integratoare a comenzii duce la anularea erorii de regim staţionar constant, determinând un caracter astatic al S.R.A., în raport cu perturbaţiile de tip constant ce acţionează între ieşirea regulatorului şi ieşirea procesului condus, ceea ce numim rejecţia perturbaţiilor staţionare.

În practică, RG-PI cu acţiune continuă se realizează cu AO în conexiune inversoare pornind de la schemele cunoscute sub denumirea de "schema RG-PI varianta serie" şi "schema RG-PI varianta derivaţie" : a) varianta serie b) varianta derivaţie Cele două variante au aceeaşi funcţie de transfer dată de: Parametrii sunt daţi de următoarele relaţii: - pentru varianta serie:

- iar pentru varianta derivaţie:

Regulatorul cu acţiune continuă de tip proporţional-derivator RG-PD

Regulatorul de tip RG-PD asigură o mărime de comandă u(t) care are 2 componente: -prima proporţională cu mărimea de acţionare şi egală cu:

- a doua proporţională cu derivata temporală a mărimii de acţionare egală cu: Deci MM-II în domeniul timp al RG-PD este: Se poate considera că RG-PD asigură o mărime de comandă cu caracter anticipativ datorită celei de-a doua componente a comenzii, proporţională cu derivata mărimii de acţionare, deci proporţională cu tendinţa de variaţie a ieşirii. Din acest motiv a doua componentă a comenzii este considerată de tip anticipativ.

MM în domeniul timp îi corespunde în planul complex funcţia de transfer: Parametrii regulatorului de tip RG-PD sunt coeficientul de transfer Kr şi constanta de timp de derivare Td. Simbolizarea RG-PD se realizează conform figurii: Componenta derivativă creează posibilitatea de forţare a procesului. Noţiunea de forţare a procesului se referă la posibilitatea regulatorului de a conduce procesul, pe anumite intervale de timp, cu o mărime de comandă ce ia valori diferite de valoarea staţionară finală. Ca efecte ale forţării se pot aminti: îmbunătăţirea dinamicii procesului condus, îmbunătăţirea stabilităţii S.R.A.

În practică, RG-PD cu acţiune continuă se realizează cu AO în conexiune inversoare, pornind de la schemele cunoscute sub denumirea de “schema RG-PD varianta serie” şi “schema RG-PD varianta derivaţie”. Funcţia de transfer aferentă este: Parametrii regulatorului sunt: - pentru varianta serie: - pentru varianta derivaţie: Pentru ajustarea coeficientului de transfer KR se pot utiliza scheme cu divizor de tensiune.

Regulatorul cu acţiune continuă de tip proporţional – integrator - derivator RG-PID

Regulatorul de tip RG-PID asigură o mărime de comandă a cărei variaţie ∆u(t) are trei componente: - prima proporţională cu mărimea de acţionare; - a doua proporţională cu integrala mărimii de acţionare ; - a treia proporţională cu derivata mărimii de acţionare; Deci MM-II în domeniul timp al RG-PD se poate scrie: Acestui MM–II în domeniul timp îi corespunde în planul “s” (pentru u(0)=0), f.d.t. de forma :

Regulatorul de PID ideal are trei parametri : coeficientul de transfer KR constanta de timp de integrare (timp integrator) Ti şi constanta de timp de derivare (timpul derivator) Td. Simbolizarea se realizează conform figurii următoare:

În concluzie, componentele comenzii u(t) au următoarele efecte asupra comportării SRA din care face parte RG–PID : a) componenta proporţională asigură amortizarea corespunzătoare pentru SRA; b) componenta integratoare conduce la rejecţia perturbaţiilor ce acţionează asupra procesului şi conduce la un SRA astatic; c) componenta derivativă creează posibilitatea de forţare a procesului condus, asigură un caracter anticipativ al legii de reglare şi îmbunătăţeşte stabilitatea sistemului.

În practică, RG-PID cu acţiune continuă se realizează cu AO în conexiune inversoare pornind de la schemele RG-PID varianta (a), respectiv RG-PID varianta (b). Există şi scheme cu mai multe AO pentru diversele forme canonice ale RG–PID. Realizarea acestora este bineînţeles mai costisitoare, în schimb sunt caracterizate de compensarea fenomenului de interinfluenţă. a) b) Parametrii RG-PID pentru cele două scheme sunt :

Sisteme de reglare automată

A. CATEGORII DE SISTEME DE AUTOMATIZARE SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ (SRA)

Întrucât nu este prevăzut un calculator pentru conducere în regim de supraveghere, modificarea mărimii de intrare (de referinţă) i se efectuează prin intervenţia manuală a operatorului asupra elementului de prescriere a mărimii de referinţă EPR; această intervenţie manuală constă în acţionarea unor potenţiometre, comutarea unor chei cu contacte etc. Elementul de comparaţie EC efectuează permanent diferenţa dintre mărimea de intrare I şi mărimea de reacţie r (obţinută la ieşirea traductorului Tr. instalat pe calea de reacţie), rezultând abaterea (mărimea de acţionare) a, definită de relaţia:

a = i – r (1)

Abaterea a este aplicată la intrarea regulatorului automat RA, care

efectuează prelucrarea acestei mărimi după o lege stabilită, denumită lege de

reglare, rezultând la ieşirea regulatorului mărimea de comandă c, aplicată la

intrarea elementului de execuţie EE.

La ieşirea acestui element se obţine mărimea de execuţie m, care

acţionează asupra instalaţiei tehnologice IT, astfel încât mărimea reg1ată e

(mărime de ieşire a întregului sistem) să fie menţinută la valoarea impusă,

prescrisă prin intermediul mărimii de referinţă i (mărime de intrare a întregului

sistem de reglare automată), fiind astfel compensată influenţa nedorită a

perturbării p asupra mărimii reglate e ; în realitate, instalaţia tehnologică IT este

supusă acţiunii mai multor perturbări.

Caracteristica specifică a SRA constă în prezenţa buclei închise pe

care o formează elementele, componente şi semnalele transmise intre aceste

elemente; datorită acestei bucle, SRA sunt denumite şi sisteme automate cu

circuit închis.

abaterea a este definită de relaţia:

a = i – e (2)

Utilizarea SRA are ca scop să se. asigure pe intervale cât mai mari de

timp egalitatea :

e = i (3)

dintre mărimea de ieşire. e şi mărimea de intrare i, aceasta din urmă indicând

de fapt valoarea prescrisă prin mărimea de ieşire.

Menţinerea mărimii de ieşire e - prin acţiunea SRA- la valorile prescrise

prin mărimea de intrare i este esenţială pentru a se asigura obţinerea unei

calităţi dorite a produselor fabricate în instalaţia tehnologică respectivă .

Astfel, de exemplu, în cazul unui cuptor de tratament termic menţinerea

temperaturii cât mai aproape de valorile prescrise (printr-o curbă de variaţie în

timp dată) are o importanţă hotărâtoare pentru calitatea pieselor rezultate.

Egalitatea (3) nu poate fi permanent asigurată, întrucât intervine

acţiunea perturbărilor, care determină abateri ale mărimii de ieşire e de la

valorile prescrise prin mărimea de intrare i, rezultând:

e ≠ i (4)

şi deci:

a = i - e ≠ 0. (5)

Abaterea a având valori diferite de zero, sistemul de reglare acţionează

în sensul compensării acţiunii perturbării asupra mărimii de ieşire şi a

restabilirii egalităţii (3), rezultând astfel:

a = i – e = 0. (6)

Sistemele de reglare automată, realizate cu echipamente clasice de tipul

regulatoarelor automate sau cu calculatoare în regim de conducere numerică

directă, au aplicaţii deosebit de numeroase în industrie.

CLASIFICĂRI. CATEGORII DE SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ (SRA)

• Sisteme de reglare automată pentru procese lente şi pentru procese rapide

• Sisteme de reglare automată continue şi discrete

• Sisteme de reglare automată liniare şi neliniare

• Sisteme de reglare automată cu un bloc de reglare şi cu mai multe blocuri de reglare

• Sisteme de reglare automată monovariabile şi multivariabile

• Sisteme de reglare automată cu legi de reglare obişnuite şi cu legi de reglare speciale

SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ ÎN INDUSTRIA CHIMICĂ

a. Reglarea automată a debitelor şi a rapoartelor de debite

Traductorul de debit Tr poate fi realizat ca traductor de presiune diferenţială, prin intermediul unei diafragme, valoarea mărimii de ieşire a traductorului fiind proporţională cu pătratul debitului Q din conducta C, respectiv:

v=K 1x Q2 (3.1) Pentru compensarea neliniarităţii din relaţia (3.1)- neliniaritate introdusă de traductorul cu diafragma - după traductoru1 Tr este introdus elementul de extragere a rădăcinii pătrate ER, mărimea r de la ieşirea acestuia având expresia:

Schema de elemente a sistemului de reglare automată a debitului

de lichid dintr-o conductă.

aKr `1= (3.2)

unde K`1 este o constantă. În acest mod, mărimea de reacţie r devine proporţionala cu

debitul reglat Q.

Regulatorul automat electronic RA primeşte de la elementul de comparaţie

EC valoarea abaterii a = i - r (mărimea i fiind reprezentata de valoarea prescrisa Qp

pentru debitul Q) şi transmite mărimea de comandă c

convertorului electropneumatic CV, care acţionează asupra robinetului de reglare

pneumatic RR şi acesta asigură modificarea debitului Q în sensul stabilirii valorii

prescrise Qp, astfel . dacă:

Q < Qp (3.3) şi deci debitul Q trebuie mărit, regulatorul RA comandă robinetul de reglare RR în

sensul în care acesta se deschide mai mult ţi ca urmare debitul Q creşte , iar dacă:

Q > Qp (3.4) regulatorul RA comandă robinetul RR în sensul micşorării deschiderii acestuia,

rezultând scăderea debitului Q până la obţinerea egalităţii:

Q = Qp. (3.5) De cele mai multe ori în practica elementul de comparaţie EC este inclus în

regulatorul automat RA.

Reglarea automată a presiunilor

Presiunea intr-un recipient poate fi reglată fie prin modificarea debitului de admisie a fluidului în recipient, fie prin modificarea debitului de evacuare din recipient. în figură este ilustrată reglarea automată a presiunii p a gazului din recipientul R prin modificarea debitului Qad, de admisie, debitul de evacuare Qev variind arbitrar, în funcţie de cerinţele consumatorilor racordaţi la recipient prin conductele C1, C2,…. Cn. Recipientul are astfel rolul unui vas tampon, iar reglarea automată a presiunii p permite alimentarea consumatorilor la o presiune constanta, fiind astfel asigurată o cerinţă importantă de calitate a alimentării consumatorilor.

Bucla de reglare include traductorul de presiune Tr, elementul de

comparaţie EC - care primeşte mărimea de reacţie r şi mărimea de intrare i,

reprezentând valoarea prescrisă pp a presiunii p – regulatorul automat RA şi

robinetul de reglare RR comandat pneumatic, care îndeplineşte funcţia de

element de execuţie (în schema nu a mai fost reprezentat un convertor electro -

pneumatic, care trebuie intercalat intre regulatorul RA şi robinetul pneumatic RR

în cazul când regulatorul este electronic; dacă regulatorul RA este de tip

pneumatic, convertorul nu mai este necesar).

Variaţia debitului de evacuare Qev determinată de cerinţele

consumatorilor reprezintă o perturbare pentru sistemul de reglare a presiunii.

Astfel, dacă creşte debitul de evacuare Qev se produce o scădere a

presiunii p în recipient şi ca urmare regulatorul RA comandă mărimea deschiderii

robinetului RR rezultând o creştere a debitului de admisie Qad şi restabilirea

presiunii p la valoarea prescrisă i = pp.

Reglarea automată a nivelului

Reglarea nivelului de lichid intr-un vas poate fi efectuată prin modificarea

debitului de admisie Qad sau prin modificarea debitului de evacuare Qev din vas.

în figura este ilustrată prima variantă, debitul de evacuare Qev variind arbitrar în

funcţie de cerinţele consumatorilor racordaţi la conducta de evacuare.

Variaţia nivelului h - provocată de modificarea debitului de evacuare Qev

este sesizată de traductorul Tr, care transmite elementului de comparaţie

mărimea de reacţie r; primind şi mărimea de intrare i (reprezentând valoarea

prescrisă hp, a nivelului h), elementul de comparaţie EC transmite abaterea a

regulatorului automat RA, care comandă robinetul de reglare RR şi modificarea

debitului de admisie Qad în sensul necesar restabilirii valorii prescrise a nivelului.

Reglarea automată a temperaturii intr-un reactor chimic

Reglarea temperaturii se realizează prin intermediul unui schimb de căldură intre două sau mai multe medii, schimbul de căldură având loc printr-o suprafaţă de separare sau prin amestec, fără suprafaţă de separare.

Întrucât variaţiile temperaturii au o influenţă importantă asupra modului de

desfăşurare a reacţiilor chimice, reglarea temperaturii la anumite va1ori este necesară în

instalaţiile din industria chimică. În figură este ilustrată reglarea automată a temperaturii θ din

reactorul chimic RC, alimentat cu reactanţi prin conducta C1 şi debitând produsele rezultate

din reacţii prin conducta C2 ; paleta rotativă P realizează agitaţia mediului din reactor .

Considerând că reacţiile degajă căldură - deci sunt exoterme - reglarea temperaturii

se realizează prin modificarea debitului de lichid de răcire Qr care circulă prin serpentina S.

Bucla de reglare automată conţine traductorul de temperatură Tr, elementul de

comparaţie EC (care primeşte mărimea r de la traductor şi mărimea de intrare i reprezentând

temperatura prescrisă Op), regulatorul automat RA şi robinetul de reglare RR, acţionat

pneumatic, a cărui deschidere este comandată de regulator; dacă regulatorul automat RA

este electronic, atunci intervine şi un convertor electro - pneumatic intre regulator şi robinetul

de reglare.

La creşterea temperaturii q peste valoarea prescrisă qp regulatorul automat RA

comandă creşterea deschiderii ventilului şi a debitului lichidului de răcire Qr ceea ce readuce

temperatura la valoarea prescrisă, în cazul scăderii temperaturii q având loc o reducere a

debitului lichidului de răcire Qr.

Reglarea automată a concentraţiei

Regulatorul automat RA şi robinetul de reglare RR, acţionat pneumatic; în ipoteza unui regulator electronic intervine şi un convertor electro - pneumatic. Pentru evitarea pierderilor, cantitatea de soluţie care trece prin traductorul Tr., - preluată din conducta A3 - este reintrodusă în recipientul R. In cazul creşterii concentraţiei c r, peste valoarea prescrisa cp regulatorul RA comandă‚ micşorarea deschiderii robinetului de reglare RR şi a debitului de concentrat, iar în cazul scăderii concentraţiei cr sub valoarea prescrisă cp, regulatorul RA comandă mărirea deschiderii robinetului RR şi a debitului de concentrat, în regim staţionar stabilindu-se egalitatea concentraţiei cr cu valoarea prescrisă cp. Analizorul care îndeplineşte funcţia de traductor de concentraţie poate fi un pH - metru (care măsoară valoarea pH - ului), un conductometru (care măsoară conductibilitatea), un densimetru sau un cromatograf.

În industria chimică reglarea automată a concentraţiei este deosebit de

importantă pentru obţinerea unor produse cu caracteristici dorite.

în figură este ilustrată realizarea unui sistem de reglare automată a

concentraţiei soluţiei din recipientul R, alimentat prin conducta A1 cu un lichid

diluant cu concentraţia c1 şi prin conducta A2 cu un lichid concentrat, cu

concentraţia c2 ; soluţia obţinută este evacuată de pompa P prin conducta A3, iar

paleta PL realizează agitaţia necesară omogenizării soluţiei.

Sistemul de reglare automată a concentraţiei include traductorul T r -

reprezentând un analizor - elementul de comparaţie EC (care primeşte atât

concentraţia cr, măsurată de analizor şi constituind mărimea de reacţie, cât şi

concentraţia prescrisă cp, reprezentând mărimea de intrare),

SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ A CUPTOARELOR DE TRATAMENTE TERMICE

1.PRINCIPALELE PROBLEME ALE REGLĂRII CUPTOARELOR DE TRATAMENTE TERMICE

a. Tipuri de cuptoare şi de regulatoare automate utilizate Procesele tehnologice de încălzire la anumite temperaturi pentru tratamentul termic al pieselor impun cuptoarelor o funcţionare cu indici de performanţă ridicaţi, întrucât menţinerea temperaturii la valorile prescrise influenţează în măsură însemnată calitatea pieselor obţinute. Astfel, abaterile maxime admise (faţă de temperatura prescrisă) pot fi foarte reduse, de numai câteva grade, iar neuniformitatea impusă repartiţiei temperaturilor în cuptor poate fi caracterizata de limitarea la numai 10-150C a diferenţelor dintre temperaturile din două puncte diferite, pentru temperaturi de funcţionare cuprinse intre 600 şi 12000 C. Ca urmare, reglarea automată a temperaturii cuptoarelor are o importanţă deosebită. Din punct de vedere al sursei de încălzire se deosebesc cuptoare funcţionând cu combustibil de exemplu gaz metan şi cuptoare electrice, prevăzute cu rezistenţe de încălzire. Caracteristicile regulatoarelor folosite sunt determinate în măsură importantă de tipul sursei de încălzire a cuptorului. Astfel, pentru cuptoarele electrice se folosesc de regulă regulatoare automate cu două poziţii (uneori şi regulatoare automate cu trei poziţii) iar pentru cuptoarele cu combustibil se utilizează regulatoare liniare şi continue, uneori fiind folosite şi regulatoare extremale.

b. Principalele mărimi reglate

Cea mai importantă mărime reglată automat în cuptoarele de

tratamente termice este temperatura. Pe lângă valoarea temperaturii, la

cuptoarele cu combustibil poate fi necesară şi reglarea debitelor de

combustibil şi de aer, asigurându-se condiţii optime de ardere.

In acest scop se poate folosi fie principiul reglării automate a

raportului dintre debitul de aer şi cel de combustibil, fie principiul

reglării extremale.

In unele cazuri, pentru a se uniformiza circulaţia gazelor calde în

cuptor poate fi necesară reglarea automată a presiunii în anumite

puncte din cuptor.

2.REGLAREA AUTOMATĂ A TEMPERATURII CUPTOARELOR a Reglarea temperaturii cuptoarelor cu combustibil

Schema reglării temperaturii q din spaţiul de încălzire S al unui cuptor cu

combustibil C este reprezentată în figură. Flacăra arzătorului A asigură încălzirea

spaţiului S, a piesei P de pe vatra cuptorului şi a pereţilor cuptorului C.

Sistemul de reglare automata a temperaturii q reprezentând mărimea de ieşire e a sistemului) conţine traductorul Tr. - care include şi termocuplul TC, reprezentând elementul sensibil şi instalat în spaţiul S pentru sesizarea variaţiei temperaturii reglate q - elementul de comparaţie EC, elementul de prescriere a mărimii de referinţă EPR, regulatorul automat electronic RA, convertorul electropneumatic CV şi robinetul de reglare RR cu acţionare pneumatică. Elementul de prescriere a mărimii de referinţă EPR- având acelaşi rol cu elementul similar din figura 1 - asigură obţinerea unui semnal de intrare variabil în timp conform programului stabilit pentru variaţia valorilor pres-crise qp, ale temperaturii q din cuptor în vederea obţinerii tratamentului termic dorit pentru piesa P. Pentru ilustrare, aspectul unui asemenea program de variaţie este reprezentat în figura de mai sus. Elementul de comparaţie EC primeşte mărimea de intrare i de la blocul EPR şi mărimea de reacţie r de la traductorul Tr, transmiţând abaterea a =i - r regulatorului automat RA. Prin intermediul convertorului electro - pneumatic CV regulatorul electronic RA comandă robinetul de reglare RR cu acţionare pneumatică (îndeplinind funcţia de element de execuţie) şi modifică debitul de combustibil Qc - cu care este alimentat arzătorul A - în sensul menţinerii valorilor prescrise qp pentru temperatura q din cuptor.

Schema din figura de mai sus (în care s-a făcut abstracţie de alimentarea arzătorului

cu aer de ardere) are dezavantajul că acţionează relativ lent la variaţii ale caracteristicilor

combustibilului cu care este alimentat arzătorul A, fiind necesar un interval de timp pentru ca

modificarea caracteristicilor menţionate sa influenţeze valorile temperaturii reglate q. De aceea la

cuptoarele mari se folosesc o variantă în care intervin două regulatoare automate, unul pentru

debitul de combustibil şi altul pentru temperatură, rezultând schema din figura a) (alimentarea

cu aer de ardere nu este reprezentata în această schemă).

a). Schema reglării automate a temperaturii cuptoarelor cu combustibil prin intermediul măsurării temperaturii şi a debitului de combustibil.

Traductorul de temperatură Tr1,care include şi termocuplul TC,

transmite elementului de comparaţie EC1 mărimea de reacţie r1, comparată cu

mărimea de intrare i1, reprezentând valoarea prescrisă qp pentru temperatura q

din cuptor.

Abaterea a1 este aplicată la intrarea regulatorului de temperatură RA1,

iar mărimea de comandă c1 de la ieşirea acestuia devine mărimea de intrare i2

pentru a doua buc1ă de reglare, care realizează reglarea automată a debitului

de combustibil Qc.

Bucla de reglare a debitului Qc conţine traductorul de debit Tr2,

elementul de comparaţie Ec2 (care compara mărimile i2=c1 şi r2, rezultând

abaterea a2 =i2 – r2=c1-r2), regulatorul automat electronic de debit RA2

convertorul electropneumatic CV şi robinetul de reglare acţionat pneumatic RR -

reprezentând elementul de execuţie care modifică valoarea debitului de

combustibil Qc.

b. Reglarea temperaturii cuptoarelor electrice

In figura este reprezentată schema unui sistem de reglare automată bipoziţională a temperaturii q din cuptorul electric. Traductorul Tr. (care include şi termocuplul TC) transmite semnalul de reacţie r elementului de comparaţie EC, care primeşte şi mărimea de intrare reprezentând valoarea prescrisă qp, pentru temperatura qşi transmite regulatorului automat bipoziţional RABP valoarea abaterii a = i - r.

Când abaterea a este pozitivă, deci temperatura q este mai mică decât valoarea prescrisă qp, regulatorul bipoziţional alimentează bobina releului RL cu o tensiune de comandă uc care determină acţionarea releului şi închiderea contactului acestuia, fiind astfel stabilit circuitul de alimentare de la reţea (intre faza T şi conductorul de nul) a bobinei contactorului K. Ca urmare contactorul K îşi închide contactele K1, K2 şi K3 şi cele trei rezistente Rc de încălzire sunt puse sub tensiune - întrerupătorul cu pârghie IP a fost închis la pornirea cuptorului ceea ce determină creşterea temperaturii q. Dacă temperatura q este mai mare, decât valoarea prescrisă qp şi abaterea are valori negative, atunci se anulează tensiunea uc debitată de regulatorul bipoziţional RABP şi releul RL îşi deschide contactul, întrerupând alimentarea bobinei contactorului K ; ca urmare se deschid contactele K1, K2, K3 ale contactorului şi rezistenţele de încălzire Rc nu mai sunt alimentate, ceea ce determină scăderea temperaturii q. In acest mod, sistemul bipoziţional de reglare determină oscilaţii de amplitudine mica ale temperaturii q în jurul valorii prescrise qp, valoarea prescrisă fiind astfel menţinută numai cu o anumită aproximaţie. In alte variante, regulatorul bipoziţional comandă şuntarea şi deşuntarea unei porţiuni a rezistentelor de încălzire - fără a întrerupe complet alimentarea rezistenţelor - sau comuta conexiunea rezistentelor din triunghi în stea şi invers, modificându-se astfel în raport 3: 1 puterea electrică consumată

Reglarea automată a parametrilor proceselor tehnologice

SRA pentru reglarea temperaturii

Sistemele de reglare automată a temperaturii sunt printre cele mai utilizate atât în economie cât şi în aplicaţii casnice. Din punct de vedere al destinaţie sistemele de reglare automată a temperaturii pot fi sisteme pentru instalaţii frigorifice sau sisteme pentru instalaţii de încălzire. În multe situaţii, schemele pentru măsurarea temperaturii sunt incluse în bucle de reglare a temperaturii pentru incinte termostate. Dacă încălzirea se face electric, nu este indicat ca alimentarea schemei de măsurare să se facă de la aceeaşi sursă de putere ca şi rezistorul de încălzire, deoarece pot apare cuplaje parazite importante, care măresc histerezisul temperaturii reglate. În acest caz este indicat ca alimentarea pentru încălzire să se realizeze în curent alternativ, iar alimentarea schemei de măsurare în curent continuu. Sistemele de reglare a temperaturii din instalaţiile frigorifice sunt realizate, în majoritatea cazurilor, prin intermediul echipamentelor specializate cu acţiune continuă sau cu regulator bipoziţional.

În instalaţiile termice la care timpul mort este mare, este necesară utilizarea sistemelor de reglare cu regulator PID sau PI. În unele situaţii, când timpul mort este foarte mare (Tm > T), se impune utilizarea unor regulatoare speciale (cu acţiune prin impulsuri).

Realizarea unui termostat electronic

Lista componentelor: Amplificator operational: A 741 Termistor NTC 1300 Ω Diode: 1N 4007 – 2 bucăţi Rezistori: 680 Ω, 47 K Ω - 3 bucăţi Potenţiometru: 5 K Ω Condensatori: 1 μF Led

SRA pentru reglarea presiunii Presiunea este o mărime scalară egală cu raportul dintre forţa exercitată normal pe elementul de suprafaţă şi suprafaţa elementului:

p = dF/dS

Presiunea poate fi absolută, dacă se măsoară în raport cu vidul absolut, relativă sau efectivă, dacă se măsoară ca diferenţă faţă de presiunea atmosferică, sau diferentială, dacă se măsoară faţă de o presiune considerată ca referinţă. Pentru caracterizarea presiunilor pentru fluidele ce se află în mişcare se consideră o suprafaţă plană ce separă fluidul în două mase de fluid aflate în mişcare; presiunea exercitată în planul de separaţie este presiunea statică. Dacă în planul de separare se realizează întrun punct oprirea curgerii fluidului, presiunea corespunzătoare în acel punct reprezintă presiunea totală. Diferenţa dintre presiunea totală şi presiunea statică se numeşte presiunea dinamică. Unitatea de măsură pentru presiune este pascalul: (1 Pa = 1 N/m2), relativ mică pentru aplicaţiile tehnice, unde se preferă barul (1 bar = 105 Pa).

În practică se mai folosesc şi alte unităţi de măsură pentru presiune ca: atmosfera tehnică (1 at = 1 Kgf/cm2); atmosfera fizică (1 atm este presiunea hidrostatică echivalentă unei coloane de mercur cu densitatea de 13,595 g/cm3, având înălţimea de 760 mm, la 0 C, corespunzătoare unei acceleraţii gravitaţionale de 980,666 cm/s2); mm coloană de mercur (1 mmHg = 1 torr este presiunea hidrostatică a unei coloane de mercur, în condiţiile de mai sus cu înălţimea de 1 mm); mm coloană de apă (1mm H2O este presiunea hidrostatică echivalentă unei coloane de apă cu înălţimea de 1mm). Presiunea de referinţă în tehnică, numită presiune normală (presiunea exercitată de o coloană de mercur cu înălţimea de 735,6 mm în condiţiile precizate), este diferită de presiunea atmosferică normală care corespunde presiunii hidrostatice echivalentă unei coloane de mercur cu înălţimea de 760mm, la 0 C şi acceleraţie gravitațională de 980,666 cm/s2.

Reglarea presiunii se face cu ajutorul regulatoarelor P pentru reglări simple, cu regulatoare PI cu bandă de proporţionalitate mare şi constantă de timp de integrare mică pentru lichide, bandă de proporționalitate mică şi constantă de timp de integrare mare pentru gaze şi abur, cu regulator PID în cazul în care se doreşte obţinerea unor performanţe deosebite. Reglarea automată a presiunii se poate realiza în mai multe moduri, în funcţie de specificul instalaţiei tehnologice.

În aceste scheme, cât şi în cele ce urmează, Tr este traductorul, RF – elementul de referinţă (în cazul sistemelor de stabilizare), R – regulatorul iar EE – elementul de execuţie. În prima schemă, organul de reglare este montat pe conducta de intrare, iar în a doua schemă – pe conducta de evacuare. Cele mai utilizate scheme de reglare sunt cu acţiune continuă, cu regulator PI, şi sisteme de reglare bipoziţionale sau cu acţiune directă (în instalaţii la care nu se cer indicatori de performanţă ridicaţi).

În figura următoare este prezentat reglajul presiunii într-un rezervor. La intrarea in rezervor avem o presiune de intrare, la ieşirea din rezervor presiunea este Pe. Pentru siguranţa instalaţiei, rezervorul este prevăzut cu o supapă de siguranţă, supapă care are rolul de a asigura presiunea prescrisă în acel recipient.

SRA pentru reglarea nivelului Nivelul unui lichid reprezintă cota suprafeţei libere a lichidului dintr-o incintă şi reflectă volumul, masa unui lichid reţinut în incinta respectivă. Nivelul se măsoară în unităţi de lungime. Valoarea lui este indicată în raport cu un nivel de referinţă. Măsurarea nivelului poate fi continuă, atunci când evaluarea măsurandului se face în permanenţă sau în puncte, atunci când se urmăreste doar atingerea unor nivele critice ale nivelului. Metodele de măsurare pot fi directe în cazul în care se determină lungimea substanţei a cărei nivel se măsoară sau indirecte, când nivelul se determină prin intermediul unor mărimi intermediare, ca: presiunea, masa, atenuarea unei radiaţii etc. Măsurarea nivelului presupune cunoaşterea unor date suplimentare privind relaţia nivel — volum, densitate. În general reglarea nivelului nu cere o precizie ridicată a modalităţii de menţinere a nivelului la anumite cote. Din aceasta cauză regulatoarele bipoziţionale sunt cele mai des utilizate. Depinde de instalaţia tehnologică în care se impune păstrarea nivelului şi în ce condiţii acest nivel trebuie menţinut.

De regulă viteza de variaţie a înălţimii unui lichid într-un rezervor este proporţională cu diferenţa debitelor de intrare şi ieşire şi invers proporţională cu suprafaţa rezervorului. Acest lucru permite utilizarea unui regulator continuu de tip P.

Exemple de sisteme de reglare automată a nivelului

Schemele cele mai utilizate pentru reglarea automată a nivelului sunt date în figura a şi b. Dacă acţiunea perturbatoare este variaţia debitului de ieşire, organul de reglare se montează pe conducta de intrare (fig. a). Dacă acţiunea perturbatoare este variaţia debitului de intrare, organul de reglare se montează pe conducta de ieşire (fig. b). Cele mai utilizate sisteme de reglare sunt cele cu acţiune continuă (regulator de tip PI sau P), precum şi sistemele de reglare bipoziţionale. La recipientele sub presiune, variaţia nivelului se poate produce datorită variaţiilor bruşte ale presiunii. În aceste situaţii este recomandabilă utilizarea schemei de reglare automată din fig. c. În această schemă există o buclă de reglare a debitului de evacuare, formată din traductorul de debit Tr2, regulatorul R2 şi elementul de execuţie EE. Mărimea de intrare pentru regulatorul R2 este dată de regulatorul de nivel R1, pe baza informaţiilor primite de la traductorul de nivel Tr1 şi de la elementul de referinţă Rf.

Reglarea automată a nivelului

Dacă presiunea p creşte brusc, debitul de evacuare tinde să crească. În consecinţă, regulatorul de debit reacţionează imediat, dând comanda de micşorare a debitului de evacuare, înainte ca nivelul să varieze în mod substanţial. Dacă perturbaţia constă într-o creştere a debitului de intrare, regulatorul de nivel R1 impune o mărime de intrare mai mare la regulatorul de debit R2. În acest fel, bucla de reglare a debitului realizează creşterea impusă a debitului de evacuare, astfel încât nivelul să se stabilească la valoarea prescrisă. Un asemenea sistem de reglare automată, în care o buclă principală subordonează o buclă de reglare interioară, se numeşte sistem de reglare în cascadă.

Reglarea nivelului de lichid într-un rezervor.

Sistem de măsurare a nivelului cu traductor cu imersor: LT – traductor de nivel; LR – înregistrator de nivel; mA –miliampermetru; P – pompa centrifugă; RR – robinet de reglare; 1 – supapă: 2 – scală gradată

SRA pentru reglarea debitului

Măsurarea debitului este legată de curgerea unui fluid. Dacă curgerea este constantă în funcţie de timp, ea se numeşte curgere laminară, iar dacă este variabilă în timp este curgere turbulentă. Curgerea este caracterizată prin viteza de curgere sau debitul. Debitul poate fi: debit volumic Qv dacă se defineşte ca fiind volumul ce trece printr-o sectiune S a conductei în unitatea de timp:

Qv = V/t = u · S [m3/s, m3/h, l/s etc.] debit masic Qm - reprezentând masa fluidului ce trece prin secţiunea conductei în unitatea de timp:

Qm = m/t = ρ·u·S = ρ·Qv [Kg/s, Kg/h], unde ρ este densitatea fluidului. Atât Ia măsurarea vitezei, cât şi a debitului prezintă importanţă caracteristicile lichidului: caracterul curgerii, vâscozitatea, transparenţa, temperatura, conţinutul de impurităţi, existenta suspensiilor etc., caracteristici ce stabilesc metoda de măsurare.

Măsurarea debitului fluidelor se poate realiza ca urmare a modificării curgerii prin intermediul unui corp fizic sau prin intermediul unor fenomene care sunt influenţate de curgere. Funcţionarea debitmetrelor cu strangulare se bazează pe legea lui Bernoulli privind curgerea lichidelor

Prin conducta de secţiune A1 circulă un fluid cu viteza u1; conducta este prevăzută cu o strangulare de arie A2, în care viteza fluidului este u2. Cele mai răspândite tipuri de dispozitive de strangulare sunt diafragma, duza şi tubul Venturi. Diferenţa de presiune p1 — p2, numită şi cădere de presiune reziduală, este maximă pentru diafragme şi minimă pentru tuburile Venturi, însă ultimele perturbă mai puţin procesul de curgere.

Principiul de funcionare a debitmetrelor cu strangulare fixă

Toate traductoarele folosite Ia debitmetrele cu strangulare variabilă sunt construite astfel încât păstrează constantă căderea de presiune prin intermediul unui plonjor ce se poate deplasa în interiorul fluidului. 0 variantă a acestui tip de traductor o reprezintă rotametrul.

Rotametrele sunt aparate utilizate pentru măsurarea debitului lichidelor şi gazelor pe baza deplasării unui plutitor în interiorul unui tub tronconic gradat, dispus vertical cu secţiunea mică jos, prin care circulă fluidul de măsurat. Se utilizează mult în medicină, laboratoare, industria alimentară, dar în special în industria petrochimicăşi oriunde trebuie controlate continuu debitele de lichide sau qaze. Asupra lui va acţiona, în afara greutăţii G şi a forţei arhimedice Fa, o forţă dinamică ascensională Fas care este proporţională cu pătratul vitezei de curgere u.

Debitmetrele electromagnetice măsoară viteza de deplasare a fluidelor bune conducătoare de electricitate, principiul lor de funcţionare bazându-se pe legea inducţiei.

Contoarele sunt debitmetre utilizate pentru măsurarea volumului de lichid. Contoarele pentru apă potabilă se numesc apometre şi pot fi: • contoare volumetrice; • contoare de viteză. Contoarele volumetrice măsoară direct debitele de apă prin umplerea şi golirea succesivă a unor compartimente ale aparatului de capacitate determinată. Dispozitivul de înregistrare a aparatului indică volumul de apă după fiecare fază de umplere şi golire.

Regulatoarele folosite sunt de tip PI, datorită capacitaţii lui de a anula eroarea staționară Ia intrare treaptă. Debitul Ia presiunea p2, obţinut Ia ieşirea din pompa centrifugă PC, este reglat de regulatorul automat RA care acţionează ventilul reglabil (robinetul) r. Referinţa este i0 = q0. Măsurarea parametrului reglat, debitul Q, Ia ieşire, Ia presiunea p4 este realizată de debitmetrul D. Se obţine o reglare bună cu cât căderea de presiune ∆p = p2 — p1 este mai mare. Schemele de reglarea automată a debitului fluidelor în conducte se aleg în funcţie de modul de alimentare a conductelor.

SRA pentru reglarea umidităţii

Umiditatea este cantitatea de vapori de apă conţinută într-un eşantion de aer. Există trei moduri de a exprima umiditatea: umiditatea absolută, umiditatea relativă şi umiditatea specifică. Modificările suferite de mărfuri datorită variaţiei umidităţii aerului sunt extrem de variate, putând afecta aproape orice categorie de produse. Un efect foarte important al creşterii umidităţii aerului este sporirea masei produselor higroscopice, în timp ce scăderea umidităţii aerului va antrena o pierdere de masă din partea produselor higroscopice (la fructe şi legume, dar şi la fibre textile). Se consideră că la o presiune normală şi la temperatura de 20oC, cantitatea de vapori de apă este maxim 17,5 g/m3, această valoare reprezentând umiditatea absolută a mediului ambiant (în condiţiile de climă specifice ţării noastre). În ceea ce priveşte umiditatea relativă a mediului ambiant, aceasta poate lua valori între 63 şi 67 %. Tot în contextul umidităţii aerului se determină şi punctul de rouă, adică temperatura la care saturarea aerului cu vapori de apă atinge punctul maxim, urmarea fiind apariţia condensului (picături fine de apă) la suprafaţa unor produse.