Acordarea parametrilor regulatorului intr-un sistem de reglare automata a nivelului

Schema bloc a unui SRA pentru reglarea presiunii

Rolul blocurilor componente .

Descrierea functionarii dupa schema bloc.

Legi de reglare.

Marimi de intrare/iesire.

Fisa de documentare SRA pentru reglarea nivelului

Reglarea nivelului

Nivelul unui lichid reprezinta cota suprafetei libere a lichidului dintro incinta si reflecta volumul, masa unui lichid retinut in incinta respectiva.

Nivelul se masoara in unitati de lungime. Valoarea lui este indicata in raport cu un nivel de referinta. Masurarea nivelului poate fi continua, atunci cand evaluarea masurandului se face in permanenta sau in puncte, atunci cand se urmareste doar atingerea unor nivele critice ale nivelului.

Metodele de masurare pot fi directe in cazul in care se determina lungimea substantei a carei nivel se masoara sau indirecte, cand nivelul se determina prin intermediul unor marimi intermediare, ca: presiunea, masa, atenuarea unei radiatii etc. Masurarea nivelului presupune cunoasterea unor date suplimentare privind relatia nivel - volum, densitate.

In general reglarea nivelului nu cere o precizie ridicata a modalitatii de mentinere a nivelului la anumite cote. Din aceasta cauza regulatoarele bipozitionale sunt cele mai des utilizate. Depinde de instalatia tehnologica in care se impune pastrarea nivelului si in ce conditii acest nivel trebuie mentinut.

De regula viteza de variatie a inaltimii unui lichid intr-un rezervor este proportionala cu diferenta debitelor de intrare si iesire si invers proportionala cu suprafata rezervorului. Acest lucru permite utilizarea unui regulator continuu de tip P.

De retinut:

Regulatoarele folosite pentru nivel sunt de tip P si PI.

La regulatoarele P se reduce apreciabil suprareglajul, conduce la un timp tranzitoriu t_r scurt, dar introduce o eroare stationara mare.

La regulatoarele PI se anuleaza eroarea stationara la intrare treapta, insa apare un suprareglaj mai mare decat la regulatorul P, si la o valoare mare a timpulul tranzitoriu t_r.

Exemple de sisteme de reglare automata a nivelului

a) Schemele cele mai utilizate pentru reglarea automata a nivelului sunt date in figura 2.a si 2.b. Daca actiunea perturbatoare este variatia debitului de iesire, organul de reglare se monteaza pe conducta de intrare (fig. 2.a). Daca actiunea perturbatoare este variatia debitului de intrare, organul de reglare se monteaza pe conducta de iesire (fig. 2.b). Cele mai utilizate sisteme de reglare sunt cele cu actiune continua (regulator de tip PI sau P), precum si sistemele de reglare bipozitionale.

La recipientele sub presiune, variatia nivelului se poate produce datorita variatiilor bruste ale presiunii. In aceste situatii este recomandabila utilizarea schemei de reglare automata din fig. 2.c.

In aceasta schema exista o bucla de reglare a debitului de evacuare, formata din traductorul de debit T_r2, regulatorul R₂ si elementul de executie EE. Marimea de intrare pentru regulatorul R₂ este data de regulatorul de nivel R₁, pe baza informatiilor primite de la traductorul de nivel T_r1 si de la elementul de referinta R_f.

Daca presiunea p creste brusc, debitul de evacuare tinde sa creasca. In consecinta, regulatorul de debit reactioneaza imediat, dand comanda de micsorare a debitului de evacuare, inainte ca nivelul sa varieze in mod substantial. Daca perturbatia consta intr-o crestere a debitului de intrare, regulatorul de nivel R₁ impune o marime de intrare mai mare la regulatorul de debit R₂. In acest fel, bucla de reglare a debitului realizeaza cresterea impusa a debitului de evacuare, astfel incat nivelul sa se stabileasca la valoarea prescrisa. Un asemenea sistem de reglare automata, in care o bucla principala subordoneaza o bucla de reglare interioara, se numeste sistem de reglare in cascada.

b) Reglarea nivelului apei la o sectie de cazane dintro otelarie

In schema de functionare a cazanelor, degazorii in numar de doi au rolul de

a alimenta cu apa de racire (demineralizata) cazanele aferente celor trei

convertizoare in care se elaboreaza otelul. Nivelul maxim al degazorilor este de 2000 cm³

In timpul elaborarii sarjei de otel, apa din cazan se transforma in abur care

este debitat in conductele de abur din magistrala combinatului, fiind necesara alimentarea cu apa a cazanului, din degazori, nivelul apei din degazori scazand.

Pentru buna functionare a instalatiei este necesara mentinerea continua a unui nivel constant care se incadreaza intre 1100 ± 1800 cm Mentinerea constanta a nivelului se realizeaza cu ajutorul acestei scheme de reglare automata care functioneaza astfel:- masurarea nivelului este realizata cu ajutorului traductorulul de presiune diferentaiala TR" alimentat cu 30 Vc.c. de sursa "FE100" indicat de aparatul indicator "Al" si inregistrat cu inregistratorul electronic "ELR45". De asemenea inseriat in bucla de masura este si regulatorul tripozitional "ELX1 76" care are rolul de a comanda la iesire elementul de executie. Domeniul de masura al traductorului este de 4÷20 mA.

- regulatorului i se va prescrie cu ajutorul dispozitivelor de prescriere limita inferioara si limita superioara respectiv 1100 ÷ 1800 cm³

- cand nivelul apei din degazor va scadea sub 1100 cm³, la bornele de iesire ale regulatorului se va face contactul Cl-L1, care comanda releul d1. Contactul releului dl se afla in schema de comanda a unei electrovane care va primi comanda de deschidere prin cuplarea lui d1. Electrovana deschizandu-se se realizeaza alimentarea cu apa a degazorilor. Cand nivelul masurat cu ajutorul traductorului va atinge 1800 cm³ adica valoarea maxima prescrisa la regulator, la bornele acestuia se va realiza contactul C2 - L2 care va cupla releul d2. Contactul releului d2 va da comanda de inchidere a electrovanei astfel oprinduse alimentarea cu apa a degazorului.

Activitatea de invatare 3

Fisa de lucru 1. Regulator de nivel

Competente vizate:

Elaboreaza scheme bloc pentru diferite posibilitati de reglare automata a unui proces

Analizeaza modul de conectare a elementelor componente pentru realizareaa unui SRA cu structura evoluata

Obiective vizate:

Aceasta activitate va va ajuta sa realizati macheta unei instalatii de reglare automata a nivelului pentru o schema data.

Durata: 180 minute.

Tipul activitatii: lucrare de laborator in grupe de elevi

Descrierea lucrarii:

Se da schema electrica:

Figura 5. Automat pentru bazine

Lista componentelor:

Elementele sensibile care intra in contact cu apa si transmit semnalul de deschidere sau de inchidere a electroventilului sunt doua detectoare rezistive identice. Unul este montat pentru detectarea nivelului superior, celalalt pentru detectarea nivelului inferior. Ambele detectoare sunt conectate cu un brat la borna plus a sursei de alimentare, iar celalalt, prin intermediul rezistoarelor R1 si R2, la bazele tranzistoarelor T1 si T2. Schema (fig. 5.) este alimentata de Ia o sursa de 12V si consuma in regim de repaus un curent de circa 5mA, iar in regim de functionare (cand se pompeaza apa in bazin) un curent de circa 8OmA, consum cerut de releul ReI.1.

Se alimenteaza adaptorul traductorului de nivel LT si aparatul inregistrator LR cu energie de la reteaua de 220V. Dupa ce se inchide supapa de scurgere a lichidului din vasul superior se pornete pompa P si se mentine in functiune pana cand nivelul din vasul superior depaseste domeniul de masura al traductorului (I > 10mA). Nivelul de lichid va fi citit pe tubul de sticla gradat, iar curentul I generat de traductorul de nivel va fi citit la miliampermetrul mA. Se vor efectua circa zece masurari care vor fi trecute in tabel.

Cerinte:

Se va intocmi un referat care va contine:

a)     Identificarea tipurilor de tranzistoare utilizate in schema "Automat pentru bazine".

b)     Explicarea functionarii schemei electrionice.

c)     Identificarea elementelor componente ale traductorului de nivel cu imersor utilizat.

d)     Determinarea caracteristicii statice a traductorului studiat si incadrarea acestuia intr-o clasa de precizie.

Datele vor fi consemnate intrun tabel de forma:

unde:

- I_masurat este valoarea masurata a curentului,

- I_ideal este valoarea curentului corespunzätoare caracteristicii statice ideale a traductorului de nivel studiat.

e) Determinarea clasei de precizie cu relatia:

CP ≥ I ε_max I unde: ε_max este eroarea normata maxima calculata cu relatia

ε_max = 100 ΔI_max / D    D fiind domeniul de masurat.

Fisa de lucru 2. Realizarea unui sistem de reglare automata a nivelului

Competente vizate:

Elaboreaza scheme bloc pentru diferite posibilitati de reglare automata a unui proces

Analizeaza modul de conectare a elementelor componente pentru realizareaa unui SRA cu structura evoluata

Obiective vizate:

Aceasta activitate va va ajuta sa realizati montajul unui SRA pentru reglarea nivelului

Durata: 120 minute.

Tipul activitatii: lucrare de laborator.

Aparate necesare : modulul de lucru electropneumatic (FESTO, calculatoare, soft didactic)

Descrierea lucrarii :

-la actionarea intrerupatorului principal distribuitorul electro-pneumatic, resprectiv electrovalva y1 va primi un semnal (+12v) care va permite agentului motor sa actioneze extinderea primului piston.

- Senzorul motat la extinderea maxima a pistonului va trimite un semnal distribuitorului electro-pneumatic care sa deschida electrovalva y2, agentul motor actionand extinderea pistonului 2.

- Senzorul inductiv va trimite semnal electrovalvei y3 apartinand celui de-al treilea distribuitor iar pistonul 3 se va extinde.

- La cursa maxima a pistonului 3 este montat un sensor capacitiv legat in circuit astfel incat sa actioneze asupra acestuia prin retragerea tuturor pistoanelor iin pozitia initiala.

- Procesul se repeata pana in momentul actionarii intrerupatorului principal care va opri instalatia.

Mod de lucru:

realizati conexiunie electrice si pneumatice conform schemei din figura 7.

realizati simulari cu programul FluidSIM utilizand diferiti senzori de nivel (deplasare).

FISA DE EVALUARE 2.

Test de evaluare 3

I. Pentru fiecare dintre itemii de mai jos scrieti litera corespunzatoare raspunsului corect:

Orice regulator va contine urmatoarele elemente componente:

a)      amplificatorul, elementul de reactie secundara si elementul de comparare secundara;

b)      amplificatorul, elementul de executie si elementul de comparare secundara;

c)      traductorul, elementul de executie si instalatia tehnologica.

d)      amplificatorul, elementul de reactie secundara si adaptorul.

Intr-un sistem automat marimea care se aplica la intrarea regulatorului automat se numeste:

a)      eroare;

b)      marime de referinta;

c)      marime de executie;

d)      marime comanda.

Marimea de comanda se obtine la iesirea:

a)      elementului de executie;

b)      instalatiei tehnologice;

c)      traductorului;

d)      regulatorului automat.

In functie de viteza de raspuns regulatoarele automate pot fi:

a)      electronice, pneumatice, hidraulice sau mixte;

b)      directe sau indirecte;

c)      unificate si specializate;

d)      lente si rapide.

5. Regulatoarele automate se pot clasifica in regulatoare electronice, pneumatice, hidraulice, electromagnetice daca se are in vedere:

a)      caracteristicile constructive;

b)      tipul actiunii;

c)      sursa de energie;

d)      agentul purtator de semnal.

II. Transcrieti pe foaie litera corespunzatoare fiecarui enunt, si notati in dreptul ei litera A, daca apreciati ca enuntul dat este adevarat, sau litera F, daca apreciati ca enuntul este fals.

Dispozitivul de automatizare se compune din elementul de prescriere, element de comparatie, element de amplificare, element de executie si element de corectie;

Traductoarele rezistive se bazeaza pe variatia rezistentei unui rezistor, iar relatia care permite determinarea parametrului rezistiv este:

Traductorul generator transforma marimea de masurat direct intr-o tensiune electrica, fara a mai fi nevoie de o sursa suplimentara;

Elementul de executie reprezinta partea prin care dispozitivul de automatizare actioneaza asupra instalatiei tehnologice;

Motoarele de curent continuu folosite ca elemente de executie sunt cele cu excitatie mixta.

III.        In figura alaturata se prezinta un sistem de reglare automata:

Armaturile sale sunt egale si au dimensiunile a·b, iar distanta dintre armaturi este constanta si egala cu d.

a) Precizati tipul traductorului, in functie de urmatoarele doua criterii:

a1) tipul condensatorului

a2) marimea variabila

b) Calculati capacitatea condensatorului in fiecare dintre cele doua situatii prezentate in figura.

c) Determinati relatia de dependenta dintre capacitatea condensatorului si variabila independenta x[0, d] pentru a argumenta utilizarea traductorului la masurarea deplasarilor.

d) Pentru domeniul de variatie precizat, al variabilei x, corelati valorile care se obtin pentru x = 0 si x = d, cu valorile calculate la punctul b)

e) Reprezentati grafic dependenta C(x). Ce fel de dependenta exista intre capacitatea C si deplasarea x ?

Rezolvare :

I.             1 - a; 2 - a; 3 - d; 4 - d; 5 - d. 5x3=15 puncte

II.          1 - A; 2 - F; 3 - A; 4 - A; 5 - F. 5x3=15 puncte

III. a) - Marimea reglata este nivelul lichidului intr-un rezervor. Partile componente: 1- traductor; 2 - element de comparare; 3 - regulator automat; 4 - element de executie. 5x3=15 puncte

b) Variatia nivelului in rezervor este sesizata de traductorul 1 si determina o variatie a marimii de reactie la iesirea din traductor. Marimea de reactie intra in elementul de compararea 2, este comparata cu marimea de intrarea si rezulta marimea de actionare (eroarea) care intra in regulatorul Regulatorul automat 3 prelucreaza marimea de actionare (eroarea) si elaboreaza marimea de comanda a elementului de executie 4, care prin intermediul robinetului modifica debitul de lichid prin conducta de alimentare, in asa fel incat nivelul sa se stabileasca la valoarea prescrisa. 15 puncte

c)     Traductorul este elementul - 1

Elementul de executie este - 4 2x4=8 puncte

IV.

a1) condensator plan; a2) cu distanta (dintre armaturi) variabila 2 puncte

b) C_a = ; C_b = 5 puncte

c C(x) = 5 puncte

d pentru x = 0, C(x) = = C_a; pentru x = d, C(x) = = C_b

5 puncte

e 5 puncte

Dependenta este neliniara (hiperbola), descrescatoare