AUTOMATIZAREA PROCESULUI

Menţinerea stării dorite a unui proces chimic, electrochimic se realizează prin

păstrarea constantă, la valori prescrise, a unor mărimi ca debite nivele, temperaturi,

concentraţii, etc. , ceea ce presupune creearea unor bucle de reglare automată pentru acestea.

Automatele nu numai că uşurează munca omului ci permit înlocuirea lui totală în conducerea

diferitelor obiecte, iar în unele cazuri conduc maşinile şi procesele chiar mai bine decât omul.

Automatele pot să măsoare şi să comande temperaturi, viteze, concentraţii, etc. , foarte înalte

cât şi foarte joase, care nici măcar nu sunt percepute ca organele de producţie cu o mare

precizie, în mod continuu, şi să întrunească conducerea diferitelor maşini, instalaţii într-un

sistem central de comandă. În afară de acestea, cu ajutorul maşinilor automatizate se pot

prelucra şi utiliza fără pericol materii prime dăunătoare pentru sănătatea omului.

În cazul proceselor de depunere a acoperirilor de zinc este recomandată reglarea automată a

concentraţei ionilor de hidrogen (pH) din electrolitul de zincare, reglarea automată

temperaturii băilor şi reglarea automată a nivelului şi a compoziţiei electrolitului.

Aparatura pentru reglarea automată a nivelului electrolitului

Elementele de măsura la regulatoarele de nivel sunt flotoarele plutitoare şi cele scufundate.

În figura VIII.1. este reprezentată schema unui regulator de nivel a electrolitului.

Principiul de funcţionare al regulatorului constă în aceea că se fixează în baie bare cufundate

până la nivelul minim al electrolitului. În partea superioară a barelor, la înălţimea nivelului

maxim al electrolitului, sunt prevazute contacte. Când electrolitul a atins nivelul maxim, prin

contacte începe să circule curentul electric. Datorită acestui fapt, releul 1 deschide circuitul,

iar debitarea apei prin robinetele 2 si 3 se întrerupe.[6]

Figura VIII.1. Schema unui regulator de nivel :

Aparatura pentru reglarea automată a temperaturii băilor

Pentru asigurarea în băile de reglare catodică a unei temperaturi de 85°C, această temperatură

se poate controla şi regla cu ajutorul unei aparaturi care permite acest lucru.

În cazul băilor de zincare slab acide este necesară asigurarea unei temperaturi de 18-28 °C,

ceea ce implică o încălzire a lor cu rezistenţe electrice în timpul iernii.

Controlul şi reglarea temperaturii în cazul în care baia este încălzită cu rezistenţe electrice,

este realizat cu ajutorul unui termometru de contact cu mercur, prezentat schematic în figura

VIII.2.

Figura VIII.2. Schema pentru reglarea automată a temperaturii :

La aparatul de înregistrare automată a temperaturii (1) este conectat termocuplul (3)

scufundat în soluţia căreia i se menţine constantă temperatura.

Aparatul este prevăzut cu o instalaţie pneumatică care dirijează închiderea şi

deschiderea după caz a ventilelor cu membrana (7) pentru apă şi abur. Când temperatura

scade sub cea fixată, creşte presiunea aerului în aparat, care transmisă membranei comandă

deschiderea ventilului de aburi.

La ridicarea temperaturii, dimpotrivă ventilul de aburi se inchide şi se deschide

ventilul apei de răcire. Prin închiderea şi deschiderea ventilelor se menţine temperatură limită

fixată.

(4) este vasul condens, (5) şi (6) conducte pentru apă respectiv abur

Aparatura pentru reglarea automată a pH-uluiîn vasul de preneutralizare a apelor reziduale

Schema unei astfel de instalaţii care realizează controlul şi reglarea automată a pH-ului care

cuprinde un amplificator de tensiune, un aparat de reglare, ventile de membrană este prezentat

în figura VIII.3.

Figura VIII.3. Schema pentru reglarea automată a pH-ului:

La introducerea celulei cu electrozi (4) în soluţie, apare o tensiune electrică a cărei mărime

este detrminată de valoarea pH-ului. Circuitul electric se închide prin amplificatorul electric

(1) şi aparatul de reglare (2). Creşterea pH-ului peste valoarea fixată măreste presiunea

aerului din aparatul de reglare care acţionând asupra membranei, aceasta comandă

deschiderea ventilului de pe conducta cu solutie acidă. La scăderea pH-ului, dimpotrivă se

deschide ventilul de pe conducta cu solutie alcalină.

Aparatura de reglare automată a densităţii de curent

Placa de contact (8) care este şi traductorul instalaţiei se conectează la bara anodică, catodică

prin intermediul galvanometrului (5). După ce baia a fost încărcată şi curentul circulă prin

instalaţie, placa (8) şi circuitul de comandă sunt străbătute de un curent de o valoare

determinată. O parte din curent pătrunde în galvanometru prin rezistenţa variabilă (7), care

atunci când densitatea de curent a atins o valoare anumită, stabileşte acul indicator al

galvanometrului (5) între reperele P1 şi P2.

Atunci când densitatea de curent variază săgeata galvanometrului se deplasează din poziţia

medie şi intră în unul din receptoarele P. Prin intermediul blocului (4) se conectează motorul

electric (3), care în funcţie de receptorul închis de acul indicator se va roti la stânga sau la

dreapta. Axul motorului modifică poziţia contactului glisant al autotransformatorului (2)

regulator al redresorului (1).

Prin acesta acul indicator al galvanometrului iese din receptoarele P, iar blocul de comandă

(4) deconectează motorul.

Figura VIII.5. Schema instalaţiei de reglare automată a densităţii de curent :

AUTOMATIZAREA PROCESULUI

NOTIUNI INTRODUCTIVE

Automatizarea unui proces tehnologic consta in dotarea instalatiei in care acesta se

desfasoara cu mijloace tehnice necesare si folosirea optima a acestor mijloace pentru

efectuarea automata legata de conducerea acestora in conditii prestabilite [56].

Automatizarea principalilor parametri din reactoarele chimice cum sunt: temperatura,

debitul, presiunea, nivelul, densitatea, umiditatea, compozitia, vascozitatea, pH-ul, conduc la

o productivitate marita si costuri scazute, calitate superioara si uniforma a produselor,

E.C. E P

M

i(xp)

r

e(x)

e

c m

siguranta in exploatare, atat pentru instalatie cat si pentru personal, precum si conditii mai

bune de lucru pentru personalul de deservire.

Elaborarea unui plan de automatizare cuprinde in general urmatoarele etape:

studiul procesului tehnologic si al instalatiilor in care se desfasoara;

precizarea circuitelor de reglare necesare bunei desfasurari a procesului tehnologic;

analiza marimilor de perturbatie la care sunt expuse circuitele de reglare propuse;

alegerea elementelor de masura si de executie;

studiul comportarii la transfer a proceselor automatizate care intra in componenta circuitelor

de reglare propuse;

alegerea tipurilor de regulatoare.

Schema bloc a unui sistem de reglare automata (SA) se reprezinta de regula prin semne

conventionale, indicandu-se tipul elementelor si sensul de circulatie al semnalului

informational prin sageti. In cazul reglarii automate al unui singur parametru al procesului P,

exista de regula un singur circuit de reglare, reprezentat astfel:

i(xp) – valoarea prescrisa a marimii reglate e(x);

c – marime de comanda;

M1 M2 Ai e(x) rr’ r’’

A.O A.P w ca c’

D

E.P i

- r

m – marime de executie;

E.C. – element calculator sau regulator;

E – element de executie;

P – process;

M – element de masura.

Elementul de masura (M), denumit si traductor de masurare, este alcatuit din

elementul sensibil M1, traductorulde baza M2 si adaptorul pentru semnale electrice sau

pneumatice unificate notat Ai.

Elementul sensibil M1 se afla in contact direct cu mediul in care se urmareste variatia marimii

de iesire e. Acesta sesizeaza modificarea marimii de iesire e si transmite un semnal

traductorului de baza M2, care are rolul de a modifica natura fizica a semnalului, obtinandu-se

marimea de reactie r, ce va fi transmisa elementului calculator. Traductorul de baza M2 are

rolul de a transforma marimea auxiliara r’ intr-un semnal unificat electric sau pneumatic. A i

este intercalat intre elementul de intrare si regulator, daca din punct de vedere al semnalului

de reglare cele doua elemente nu sunt compatibile.

Elementul calculator (E.C.) sau regulatorul (R) cuprinde patru subansamble de baza:

elementul de prescriere, elementul de comparatie D, amplificatorul operational A.O. si

amplificatorul de putere A.P.

Ae E1 E2 c mc””””

h

Elementul de prescriere: cu ajutorul acestui echipament se introduce in S.A. valoarea

dorita a variabilei de intrare. Marimea de iesire a elementului de prescriere este marimea de

referinta w, care trebuie sa fie un semnal unificat electric sau pneumatic.

Elementul de comparatie D stabileste diferenta dintre marimea de referinta w si

marimea de reactie r, rezultand marimea de actionare a. Aceasta este apoi prelucrata dupa un

anumit logaritm in amplificatorul operational A.O., rezultand marimea de comanda c, care

este apoi transmisa elementului de executie.

Elementul de executie (E.E.) este format din adaptorul de iesire Ae, mecanismul de

actionare E1, denumit si servomotor si organul de executie sau de reglare E2.

In vederea functionarii optime a pilei de combustie este necesara asigurarea unei temperaturi,

a unui nivel si a unui debit al electrolitului constant. In figura 7.1 sunt prezentate shemele

pentru reglarea automata a temperaturii, debitului si nivelului electrolitului.

Instalatia pentru reglarea automata a temperaturii

Mentinerea constanta a temperaturii de lucru se realizeaza cu diferite termoregulatoare care

tin seama de agentul de incalzire.

In figura 8.1 este prezentata schema de reglare automata a temperaturii pentru cazurile

in care aparatele sunt incalzite cu abur.

La aparatele cu inregistrare automata a temperaturii (8) este conectat termocuplul

imersat in solutia careia i se mentine temperatura. Aparatul este prevazut cu o instalatie

pneumatica care dirijeaza inchiderea si deschiderea dupa caz a ventilelor cu membrana pentru

apa si abur. Cand temperatura scade sub valoarea fixata, creste presiunea aerului in aparat,

care, transmisa membranei, comanda deschiderea ventilului de abur. La ridicarea

temperaturii, dimpotriva, ventilul de aburi se inchide si se deschide ventilul apei de racire. Din

jocul inchideri si deschideri ale celor doua ventile se mentine temperatura lichidului in jurul

temperaturii dorite.

Figura 8.1. Schema reglarii automate a temperaturii, nivelului si a debitului

Instalatia de reglare automata a nivelului

Traductorul de nivel poate fi de natura mecanica (plutitor), in acest caz insa marimea de iesire

este greu de transformat in semnale electrice sau pneumatice, sau de natura

electrica:armaturile unui condensator, intre care dielecticul il constituie lichidul a carui nivel

dorim sa-l reglam. Prin variatia nivelului lichidului se modifica grosimea stratului

dielectricului, astfel variaza si tensiunea intre armaturi. Regulatorul este de natura electrica,

iar elementul de executie este un ventil pneumatic.

Instalatia de reglare automata a debitului

In cele mai multe cazuri, debitul fluidelor constituie in sistemele de reglare automata

parametrul ce trebuie mentinut constant la o anumita valoare dorita.

Elementul de executie este montat pe conducta de recirculare a pompei. Debitul total refulat

de pompa reprezinta suma debitului din conducta si a debitului din conducta de recirculare.

In figura 8.2 rolul tuturor regulatoarelor este preluat de catre un singur calculator de proces. In

tehnica reglarii automate acest tip de conducere poarta numele de “conducere numerica

directa”. In instalatia tehnologica care constituie procesul automatizat sunt montate

traductoarele de masurare si elementele de executie, acestea poarta denumirea de aparatura de

camp.

In camera de comanda se afla calculatorul care primeste pachetul de programare dupa

care se va produce conducerea procesului. Calculatorul este conectat pe rand la traductorul de

masurare si apoi este conectat secvential la elementul de executie corespunzator. In aceasta

varianta de conducere calculatorul primeste informatii si despre modificarile in timp a

marimilor de perturbatie.

Acest tip de conducere necesita echipamente speciale respectiv acele echipamente de interfata

montate intre calculator si proces. Cele mai folosite echipamente de interfata sunt

convertoarele analog numerice si convertoarele numeric analogice.

Convertoarele analog numerice au rolul de a transforma semnalele unificate, electrice sau

pneumatice in semnale numerice. Aceasta operatie se realizeaza pe cale matematica prin

discretizarea secventiala a variabilelor continue a semnalelor analogice. Operatia inversa de

transformare a semnalelor numerice in semnale analogice se face prin operatia de

transformare a semnalelor directe tot pe cale matematica in semnale continue.Avantajul

principal al acestui tip de conducere consta in faptul ca se elimina aproape in totalitate

interdependentele care pot aparea intre sistemele de reglare automata.

Figura 8.2. Conducerea computerizata a procesului