SRA in cascada

Locul si rolul elementelor componente in schema bloc.

Tipuri de regulatoare.

Avantajele utilizarii SRA in cascada.

Fisa de documentare SRA in cascada

SRA in cascada sunt sisteme de reglare automata cu mai multe bucle de reglare. In cazul in care marimile perturbatoare pot fi masurate, functia de reglare se poate realiza prin eleborarea unor comenzi in functie de perturbatie, rezulta un SRA cu actiune directa.

Daca se realizeaza atat compensarea influentei perturbatiei cat si realizarea functiei de reglare in raport cu marimea/marimile de referinta rezulta o structura de sistem de reglare combinata (figura 1.).

Aceasta structura permite realizarea functiei de reglare pe baza analizei facute de regulatorul R₁ asupra marimii de eroare ε si de regulatorul R₂ asupra perturbatiei v sesizate de traductorul T.

Sistemele de reglare in cascada au o larga aplicabilitate in practica, in figura 2

este reprezentata schema de conexiune a elementelor unui astfel de sistem

Se poate alcatui o structura de reglare in cascada folosind un numar de regulatoare egal cu numarul variabilelor masurate din procesul tehnologic pentru ca intreg procesul poate fi descompus in subprocese interconectate cauzal, cu variabile accesibile masurarii.

In situatia prezentata in figura 2. cele doua subprocese sunt conectate cauzal, marimea de executie (unica - m ) determinand cauzal evolutia variabilei intermediare z₁, care la rindul ei, determina cauzal evolutia variabilei de iesire a procesului.

Regulatorul RA₁ este destinat reglarii variabilei z₁ si compensarii actiunii perturbatiei v₁, iar regulatorul principal RA₂ are rolul de a asigura realizarea functiei de reglare in raport cu referina y_r, furnizand in acest scop referinta pentru regulatorul secundar RA₁. Cele doua regulatoare din cadrul acestei structuri functioneaza in regim de urmarire.

Regulatoarele tipizate nu pot asigura decat eliminarea a cel mult doua constante de timp importante, regulatorul tipizat cu functlia de transfer cea mai complicata fiind regulatorul PID. In cazul in care se doreste eliminarea mai multor constante de timp ar fi nevoie de un regulator cu o structura mai complicata decat a regulatorului PID. Daca ar fi regulatoare cu structuri mai complicate ar aparea dezavantajul amplificarii zgomotelor suprapuse peste semnalul util de Ia intrarea regulatorulul. De aceea, in practica nu se adopta pentru regulatoarele tipizate structuri si legi de reglare mai complicate decat ale regulatorulul PID, recurgandu-se Ia o complicare a schemei de reglare, realizata cu elemente tipizate.

In cazul reglarii in cascada se folosesc de asemenea mai multe regulatoare tipizate, insa totodata partea fixa a sistemului este impartita in mai multe portiuni intre care se transmit anumite marimi intermediare: fiecare marime intermediara este reglata de un regulator tipizat suplimentar, regulatorul destinat marimii de iesire a sistemului existand ca in orice sistem de reglare.

Cel mai important avantaj al reglarii in cascada consta in faptul ca o asemenea reglare simultana a mai multor marimi din cadrul instalatiei tehnologice conduce Ia o reducere insemnata a duratei procesului de reglare, indeosebi daca marimile intermediare raspund mai repede decat marimea de iesire Ia perturbarile care actioneaza asupra instalatiei tehnologice. La reglarea in cascada, trebuie sa se tina cont de rapiditatea cu care diversele marimi din cadrul instalatiei tehnologice raspund Ia perturbari. Marimile intermediare trebuie alese si din considerente tehnice, legate de posibilitatea instalarii traductoarelor pentru masurarea marimilor respective spre a fi transmise regulatoarelor suplimentare.

Un alt avantaj important al reglarii In cascada este reprezentat de posibilitatea limitarii simultane a variatiilor marimilor intermediare.

Dezavantajele structurilor de reglare in cascada sunt determinate de alegerea si acordarea optima a regulatoarelor, deoareace regulatoarele buclelor interioare au referinteIe fixate de catre un alt regulator.

Activitatea de invatare 6

Fisa de lucru 1. SRA in cascada

Competente vizate:

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

Obiective vizate:

Aceasta activitate va va ajuta sa elaborati schema unui SRA in cascada si sa simulati functionarea acestuia utilizand un soft didactic specializat.

Durata: 120 minute.

Tipul activitatii: lucrare de laborator, clasa organizata in grupe de elevi

Descrierea lucrarii:

se imparte clasa in grupe de 2-3 elevi;

fiecare grupa alege una (sau doua) dintre marimile fizice studiate pentru care urmeaza sa elaboreze schema utilizand softul didactic de care dispune laboratorul;

se realizeaza simularea si se intocmeste un referat care sa contina:

• schema realizata
• identificarea elementelor componente ale simularii de reglare in cascada
• scurta descriere a functionarii sistemului de reglare simulat
• implementarea SRA in cascada din schema aleasa (unde dotarea laboratorului o permite)   

Nota- Acolo unde dotarea laboratorului nu permite realizarea cerintelor temei se va desfasura lucrarea in unitatile de productie de la agentii economici cu care scoala are incheiate contracte de parteneriat pentru instruirea practica si exista isisteme de reglare automata cu structura evoluata. Elevii vor analiza SRA si vor intocmi un eseu cu datele cerute de profesor.

Fisa de lucru 2. SRA in cascada

Competente vizate:

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

Obiective vizate:

Aceasta activitate va va ajuta sa analizati schemele unor SRA, sa identificati elementele componente si sa intelegeti avantajele reglarii in cascada

Durata: 120 minute.

Tipul activitatii: studiu de caz.

Exemple de SRA in cascada

1. Nivelul se regleaza in procese de umplere-golire, iar sistemul de reglare automata pentru nivel SRA-L, este reprezentat conventional ca in figura 1. Astfel, se calculeaza modelul dinamic al procesului de umplere-golire la un rezervor cu sectiune constanta S, alimentat cu debitul F_a , din care se extrage debitul F_e.

unde:

L - nivelul de lichid din rezervor;

F_a - debitul de alimentare;

F_e - debitul de evacuare;

L₀ - valoarea prescrisa pentru nivel.

Se considera doua cazuri posibile:

a)     evacuarea la debit constant, Fe= ct;

b)     evacuarea la debit variabil, in functie de nivelul din rezervor, Fe(L).

Estimarea parametrilor acestui model se bazeaza pe ecuatia de conservare a cantitatilor de fluid care se vehiculeaza in proces.

Figura 2. Reglare de nivel in cascada cu debit

Reglarea in cascada este mai eficienta daca bucla secundara de debit este mult mai rapida decat bucla principala de nivel (timpul de raspuns al SRA pentru debit se propune de circa zece ori mai mic decat timpul de raspuns al SRA pentru nivel, in faza de proiectare a structurii de cascada). Daca se respecta aceasta cerinta, perturbatiile datorate modificarii debitului de fluid sunt anihilate de bucla secundara si nu mai pot modifica marimea principala reglata, care este nivelul L.

O implementare cu aparatura electronica cu semnal unificat de curent (4-20 mA) este data in figura 3. pentru o structura de reglare in cascada. Se poate constata conexiunea caracteristica de cascada, prin care regulatorul din bucla principala de nivel prescrie referinta regulatorului din bucla secundara de debit (comanda primului regulator devine marime de referinta pentru cel de al doilea regulator).

Rezulta deci, ca aceasta structura cu pretul unui efort al costului datorat traductorului de debit si regulatorului din bucla secundara, ofera un regim dinamic superior, fiind robusta la perturbatiile datorate modificarilor arbitrare ale debitului de alimentare.

Figura 3. SRA (cascada) pentru nivel cu aparatura cu semnal unificat de curent

In figura 4. este exemplificata o implementare cu aparatura ce foloseste semnal unificat de curent (4-20mA) pentru structura uzuala de reglare in cascada a temperaturii cu debitul de agent termic.

Masurarea debitului si a presiunii

Test de evaluare 6

SUBIECTUL I

I.1. Pentru fiecare dintre cerintele de mai jos, scrieti pe foaie litera corespunzatoare raspunsului corect:

Actiunea dispozitivului de automatizare in cadrul sistemelor de protectie automata asupra instalatiilor automatizate are ca efect:

a)      scoaterea din functiune a unei parti din instalatie;

b)     scoaterea din functiune a intregii instalatii;

c)      scoaterea din functiune a unei parti din instalatie sau chiar a intregii instalatii tehnologice;

d)     izolarea unei parti din instalatie.

Schema din figura de mai jos reprezinta:

a)      Schema de principiu a unui sistem

b)     Dispozitivul de automatizare

c)      Schema bloc a unui sistem de reglare automata

d)     Schema bloc a unui sistem automat

Termorezistentele sunt traductoare de temperatura care se bazeaza pe proprietatea materialelor de a-si modifica rezistenta electrica, dupa urmatoarea formula:

a)

b)

c)

d)

Releele sunt elemente la care marimea de iesire variaza:

a)      in salt, atunci cand marimea de intrare va atinge valoarea prescrisa;

b)     continuu, atunci cand marimea de intrare va atinge valoarea prescrisa;

c)      alternativ, atunci cand marimea de intrare va atinge valoarea prescrisa;

d)     in salt, indiferent de valoarea atinsa de marimea de intrare.

In functie de capacitatea sistemelor de calcul se poate asigura reglarea automata:

a)      a mai multor marimi in mod diferit;

b)     a mai multor marimi simultan;

c)      a unei singure marimi;

d)     a mai multor marimi, pe anumite intervale de timp.

I.2. 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:

a)     Intr-un sistem de automatizare cu circuit inchis, esential este prezenta reactiei principale dintre procesul automatizat si dispozitivul de automatizare.

b)     Traductoarele sunt dispozitive care servesc la convertirea unei marimi fizice, numita marime de intrare, intr-o marime de alta natura sau de acelasi fel, dar care variaza in alta gama e valori, numita marime de iesire, cu scopul de a masura marimea de intrare.

c)      Elementele de executie hidraulice folosesc ca energie aerul comprimat.

d)     La regulatoarele liniare, dependenta dintre u(t) si ε(t) variaza discontinuu in timp;

e)      Elementele de executie pneumatice folosesc ca energie aerul comprimat si pot fi cu membrana, cu piston, cu distribuitor.

I.3 Completati, cu termenii corespunzatori, spatiile ramase libere din enunturile de mai jos:

Sistemul automat reprezinta reuniunea a doua subsisteme, .atehnologica si ..b . de automatizare care stabileste.cde conducere a procesului, dupa und..prestabilit.

Sistemele de control automat realizeaza .a..instalatiei automatizate IA, prin ..b la dispozitivul de automatizare a tuturor marimilor..c..din instalatie, care prezinta interes din punct de vedere tehnologic.

Motoarele de curent .a. folosite ca elemente de ..b..sunt cele care au excitatia.c

SUBIECTUL II

II.1 Sa se stabileasca corespondenta dintre elementele de executie respectiv traductoarele enumerate in coloana A si reprezentarile grafice corespunzatoare din coloana B.

II.2 In figura de mai jos este reprezentat un sistem de comanda automat.

Completati figura cu marimile specifice fiecarei sageti, specificand denumirea marimii.

Specificati destinatia unui sistem de comanda automat

Precizati cate moduri de variatie poate avea marimea de intrare.

SUBIECTUL III

Reprezentati pe foaie schema bloc a unui regulator numeric.

Specificati principiul de functionare precum si avantajele si dezavantajele unui regulator numeric.

Rezolvare:

SUBIECTL I -

I.1. 1 - c; 2 - d; 3 - c; 4 - a; 5 - b

I.2. a - A; b - A; c - F; d - F; e - A.

Reformulare:

c - Elementele de executie hidraulice folosesc ca energie uleiul hidraulic.

d - La regulatoarele liniare, dependenta dintre u(t) si ε(t) variaza continuu in timp;

I.3. 1. a - instalatia; b - dispozitiv; c - algoritm (lege); d - programe.

2. a - supravegherea; b - transmiterea; c - masurabile.

3. a - continuu; b - executie; c - separata.

SUBIECTUL II

II.1. 1- b; 2 - c; 3 - e; 4 - a; 5 - d

II.2. - 1. X_i - marime de intrare; X_m - marime de executie; X_p - marime perturbatoare; X_e - marime de iesire

- 2. Sistemul de comanda automat este destinat sa realizeze o lege de variatie a marimii de iesire, fara a controla indeplinirea efectiva a legii date de variatie.

- 3. Marimea de intrare poate avea doua moduri de variatie: continua si discontinua.

SUBIECTUL III

Semnalul de eroare a aplicat la intrare este transformat intr-un semnal numeric cu ajutorul unui convertor analog numeric (CAN). In acest mod semnalul continuu (analogic) aplicat la intrare este transformat intr-o succesiune de impulsuri reprezentand cifrele "0"si "1" (semnal numeric sau digital).