10/5/2014

1

TEORIA SISTEMELOR

Curs An II , Inginerie electrica

Sem. I

Gh. Livint

Notiuni de automat, automatizare, automatica

Automat

adjectiv sau substantiv

Automat calitatea unui dispozitiv, aparat sau masina de a efectua, pe

baza unei comenzi, diferite operaii n mod automat

(fr participarea nemijlocit a omului).

Un automat un dispozitiv, un aparat sau o masina - care

efectueaz o anumit operaie, fr intervenia direct a omului.

10/5/2014

2

Automatizare:

aciunea de concepere, de realizare de automate i de echipare a

sistemelor fizico-tehnice cu automate pentru efectuarea unor

operaii, micri, aciuni etc., fr participarea direct a omului.

Categorii de automatizri:

de comand, de msurare, de reglare, de protecie, i de semnalizare.

Aceste automatizari pot fi realizate local sau la distanta (printelecomenzi).

Gh. Livint

Obiectivele automatizrii:

cresterea productivitatii

reducerea consumurilor specifice

cresterea preciziei de execuie

cresterea siguranei in funcionare

protecia instalaiilor tehnice

10/5/2014

3

Revolutia industriala (sec. XVIII);

- utilizarea instalatiilor actionate de masini cu vapori (aburi);

Revolutia tehnico-stiintifica contemporana

- automatizarea si informatizarea globala a societatii.

Etape de dezvoltare:

Manufacturare

Mecanizare

Automatizare cibernetizare;

- prelucrarea complexa a informatiei cu ajutorul calculatoarelor

masinile au rolul de executant;

omul este participant direct la procesul de productie;

Munca manuala este nlocuita cu mecanisme, aparate

si masini actionate de convertoare electromecanice adecvate.

Omul participa la procesul de productie n calitate

de manipulator al mijloacelor de mecanizare.

Omul urmareste diferite marimi fizice din proces si influenteaza

fluxurile de substanta, de energie si de informatie.

10/5/2014

4

Exemplu de automatizare

1- rezervor , alimentat cu debitul de fluid Qi prin intermediul pompei P,

antrenat de un motor M. Consumatorii preiau un debit de fluid Qe prin

intermediul ventilului V. Fluidul din rezervor este nclzit cu o rezisten

electric R alimentat de la o surs de tensiune U, prin intermediul unui

contactor static (cu tiristoare) CS1. Se urmrete ca nivelul h i

temperatura ale fluidului din rezervor s fie meninute constante n

condiiile n care exist o variaie a debitului de fluid Qe preluat de

consumatori.

10/5/2014

5

Se pot utiliza doua soluii:

a) folosirea unui operator uman;

b) folosirea unor automate (dispozitive de automatizare)

Operatorul uman - msoar nivelul h cu ajutorul unui aparat i funcie de

scderea sau creterea nivelului fa de o valoare dorit h* , porneste sau opreste

pompa P, pus n funciune de motorul M.

De asemenea operatorul uman - msoar temperatura cu un termometru i

funcie de scderea sau creterea acesteia fa de o valoare dorit * conecteaz

sau deconecteaz rezistena de nclzire R.

Operatorulprelucreaz informaii i execut comenzi conform cu sarcinile

prestabilite.

Operatorul este necesar deoareceperturbaiile determina abateri ale marimii de iesire a procesului de la evoluia dorita.

Abaterea este diferenta dintre valoarea prescris(dorita) i valoarea curent a marimii de iesire a procesului Operatorul observa abaterea si executa comenzi pentrureducerea acesteea, respectiv a efectului perturbatiilor.

Operatorul constituie calea de reacie.- Prelucreaza informaiile .

Procesul constituie calea direct.Prelucreaz substan i energie.

10/5/2014

6

Operatorul uman execut operaiile:

prelevarea informaiilor;

prelucrarea informaiilor;

efectuarea unor comenzi asupra procesului.

n cazul automatizrii operatorul uman este nlocuit prin

unul sau mai multe automate:

un dispozitiv de reglare automat a temperaturii i

un dispozitiv de reglare automat a nivelului.

Functiile indeplinite de operatorul uman sunt preluate de dispozitive de

automatizare formate din :

traductoare pentru prelevarea de informaii: n fig. 1.1, traductorul de

nivel Th i traductorul de temperatura T;

regulatoare automate pentru prelucrarea informaiei dup un un anumit

algoritm: n fig. 1.1, Rh - regulator de nivel, R - regulator de temperatur;

elemente de execuie pentru realizarea unor comenzi asupra

procesului: n fig.1.1, contactoarele statice CS1, CS2, motorul M, pompa P

10/5/2014

7

Automatizarea presupune deci existena unei aparaturi adecvate, respectiv existena unei tehnici a automatizrii.

Principalele ramuri ale tehnicii automatizrii sunt :

a) tehnica msurrii

b) tehnica reglrii

c) tehnica telecomenzii

d) tehnica de calcul

Automatica este tiina care se ocup cu cercetarea teoretic a proceselor automate i cu studiul i conceperea mijloacelor tehnice pentru realizarea automatizrilor.

Un sistem este o grupare de elemente pasive i active organizate astfel

ca s execute, la o comand, o funcie determinat.

Exist o mare varietate de sisteme att fizice (sisteme de telecomunicaii,

de transport, procese tehnologice) ct i economice (distribuirea de

produse), biologice.

Un sistem constituie o unitate relativ delimitat fa de mediu printr-o

anumit structur intern.

Pentru instalaia tehnologic din fig. 1.1 se observ c:

a) elementele care contribuie la meninerea constant a nivelului h n

rezervor acioneaz ntr-o anumit ordine i sunt intercorelate. Ele

concretizeaz o structur i formeaz o unitate. nclzirea sau rcirea

lichidului din rezervor nu aparin acestei uniti i reprezint mediul

exterior. S-a evideniat astfel un sistem.

10/5/2014

8

b) elementele care contribuie la meninerea constant atemperaturii a lichidului din rezervor constituie o altunitate, deci un nou sistem. n acest caz variaia niveluluilichidului aparine unitii deoarece temperatura depinde dedebitele Qi, Qe.

Rezult principalele caracterizri ale noiunii de sistem:a) Prile componente ale unui sistem se afl ntr-o

anumit relaie, pe baza creia se delimiteaz sistemul fade mediul nconjurtor;

b) Elementele sistemului au funcii precise i ocupn cadrul sistemului poziii bine determinate; sistemul are deci o anumit structur;

c) ntre mrimile fizice ale sistemului existlegturi de cauzalitate. Mrimile cauz se numesc mrimide intrare, iar mrimile efect se numesc mrimi de ieire.

n cadrul sistemului s existe legturi inverse - reacii -

(pozitive sau negative). n cazul instalaiei din fig. 1.1 aceste

legturi inverse se realizeaz fie prin intermediul operatorului

uman, fie prin intermediul traductoarelor: de nivel Th i de

temperatura T.

e) Aciunea comun a prilor sistemului asigur

realizarea unui anumit scop, stabilizarea nivelului i

temperaturii pentru instalaia din fig. 1.1.

f) Realizarea scopului propus se poate face folosind un

operator uman sau un regulator automat. Cele doua soluii,

din punct de vedere funcional, au la baz aceeai structur

abstract a comunicaiilor ntre prile sistemului, respectiv

sunt izomorfe.

10/5/2014

9

g) Noiunea de sistem este relativ. O parte a unui sistem se numete subsistem. i noiunea de subsistem este relativ. Aceeai realitate fizic poate conine unul sau mai multe sisteme distincte.

Sistem

Fig. 1.2

Un sistem se reprezint grafic sub forma unui dreptunghi, ca nfig. 1.2.

3 Fig. 1.3

Schema bloc a unui sistem evideniaz prile componente, relaiile (legturile) dintre acestea, mrimile fizice care se transmit ntre aceste pri i sensul de transmitere a mrimilor respective.

Fig. 1.3

10/5/2014

10

n fig. 1.3 procesul este constituit din rezervorul 1 i conductele de alimentare i de evacuare a lichidului. Blocurile de comparare i de decizie sunt incluse n regulatorul Rh.

Blocul de reglare, care acioneaz asupra procesului este constituit din contactorul static CS2, motorul M i pompa P. Blocul de msurare este format din traductorul de nivel Th.

Prin informaie, n vorbirea curent, se nteleg acele date sau evenimente despre lumea

nconjurtoare care rezult din procesele de cunoatere, de adaptare i de modificare ale acesteia.

n sens tiinific, ceea ce este comun tuturor informaiilor: faptul c acestea nu sunt cunoscute dinainte.

10/5/2014

11

O mrime fizic ce transmite o informaie senumete semnal.

Caracteristica fizic care se modific n dependende informaie se numete parametru informaional.Pentru masurarea temperaturii se poate utiliza:

- termometru cu coloana de mercur

- Punte Wheatstone

Semnalele care transmit informatii despre

temperatura:

- Lungimea coloanei de mercur la termometru

- Tensiunea continua din diagonala puntii Wheatstone

Parametrul informaional este valoarea lungimiicoloanei de mercur, respectiv valoarea tensiunii in

cazul puntii .

10/5/2014

12

Informaia este furnizat de un emitor i este destinat unui receptor. Sistemul receptortrebuie s poat extrage informaia din semnal. La emitator se stabileste o coresondenta intre

valorile posibile ale parametrului informational

si informatie. In semnal se realizeaza o

succesiune de semne imaginea informatieide transmis.

Receptorul extrage informatia din aceasta

succesiune de semne.

Relatia dintre informatie si materializarea ei

in semnal se numeste cod.

Dup efectele produse asupra unui sistem :

a) semnale utile, care introduc efecte dorite n

comportarea unui sistem (de exemplu tensiunea de

alimentare a unui motor electric, debitul de intrare ntr-un

rezervor n care se menine nivelul constant etc).

b) semnale perturbatoare (perturbatii), care introduc

efecte nedorite n comportarea unui sistem (de

exemplu, tensiunea de zgomot la intrarea unui

amplificator, cuplul rezistent al unei maini de lucru).

10/5/2014

13

Dup natura mrimilor fizice se evideniaz:a) semnale mecanice: for, cuplu, deplasare liniar, deplasare unghiular etc.b) semnale electrice: tensiune, curent, rezisten, frecven, faz etc..c) semnale pneumatice: presiune etc.

Dup valorile pe care le ia parametrul informaionalsemnalele se mpart n:

a) semnale analogice la care parametrul informaional ia valori pe mulimi incluse n mulimea numerelor reale. Semnalele analogice sunt descrise de funcii reale dependente de variabila continua t, reprezentnd timpul

x : t x(t)

Fig. 1.5 semnal analogic

2 (1.2)

b) semnale discrete (numerice) la care

parametrul informaional ia valori pe mulimi incluse n mulimea numerelor naturale.

Aceste semnale sunt descrise de funcii

10/5/2014

14

Aceste semnale sunt descrise de funcii

(kT) x kT = t : x

sau

(k) x k : x

unde k este un ntreg (pozitiv sau negativ), iar t ia valori

discrete t1, t2,...

n al doilea caz se vorbete de un semnal eantionat.

Daca parametrul informaional x(kT) ia valori ntregi,multiplu al unei uniti i, semnalele dis-crete senumesc digitale, fig. 1.6. Cnd x(kT) sau x(k) ianumai dou va-lori, semnalele discrete senumesc binare, fig. 1.7.

Fig. 1.6 semnale digitale

Fig.1.7 - semnale binare

10/5/2014

15

Dupa valoarea parametrului timp semnalele pot fi:

a) semnale continue (netede) - pentru fiecare valoare a

timpului se definete o valoare oarecare a parametruluiinformaional.b) semnale discrete n timp - parametrul informaional estedefinit numai pentru anumite valori admisibile ale timpului.

Dup previzibilitatea evoluiei n timp se deosebesc:

a) semnale deterministe, pentru care valoarea parametrului

informational este cunoscuta aprioric oricare ar fi valoarea

admisibila a timpului

b) semnale stocastice pentru care valoarea parametrului

informaional nu este cunoscuta aprioric dect sub aspect probabilistic.

Un semnal stocastic (aleator), fig. 1.8, nu poate fi descris de o

expresie analitic

Fig. 1.8 - semnal stocastic

x(t) este o variabil aleatoare accesibil prinncercri (msurtori); ea va fi descris prinproprieti statistice.n funcie de timp semnalele pot fi:

a) semnale continue;

b) semnale discontinue;