1

CONTROLUL AUTOMAT AL NIVELULUI IN DECANTORUL PRIMAR AL UNEI SEAU

În figura 1.1 se prezintă schema de reglare a nivelului la un decantor primar.

Regulator

nivel

H*

Q iQe

Traductor

de nivel

Decantor

Ventil de

reglare

Figura 1.1 Schema tehnologică de reglare nivel a unui decantor primar

1.1 Modelarea matematica a proceselor de reglare nivel intr-un decantor primar

În regim dinamic, pentru un proces de evacuare a lichidului prin cădere liberă, figura 1.2, ecuaţia bilanţului de material are forma:

dtdH

A)t(Q)t(Q ei ====−−−− (1.1)

unde: Qi – debitul de alimentare (m3/s); Qe – debitul de evacuare (m3/s); A – aria secţiunii transversale a recipientului (m2);

H – nivelul de lichid (m).

2

Figura 1.2 Schema de reglare a lichidului prin cădere liberă

Debitul de evacuare Qe se exprimă conform relaţiei lui Bernoulli aplicată

la curgerea prin orificii:

ρρρρ

∆∆∆∆====

pcSQe (1.2)

unde: c – constanta pentru condiţii de curgere date; ∆p – căderea de presiune pe ventilul de reglare, având expresia: ∆p=ρgH, în ipoteza că presiunea la ieşire este egală cu presiunea atmosferică. S – aria secţiunii de curgere prin orificiu.

În acest caz schema bloc a rezervorului de lichid devine, figura 1.3:

Bloc

integrator

Bloc

neliniar

Qi

Qe

H

+

-

s Figura 1.3 Schema bloc a rezervorului de lichid în cazul evacuării

lichidului prin cădere liberă

Schema functionala a instalatiei tehnologice, la nivel de functii de transfer este prezentata in figura 1.4.

3

Figura 1.4 Schema funcţională a instalaţiei tehnologice unde:

0e

0

QAH2

T ==== reprezintă constanta de timp a procesului (1.3)

şi

0e

0F Q

H2K ==== ,

0

0S S

H2K ==== (1.4)

reprezintă coeficienţii de transfer pe cele două căi . Pe baza schemei bloc prezentată în figura 1.4 se poate stabili schema de

reglare convenţională a nivelului, alegând ca mărime de comandă a procesului debitul de alimentare Qi, figura 1.5, (celalată mărime constituindu-se ca perturbaţie).

Figura 1.5 Schema de reglare a nivelului considerând ca mărime de

comandă debitul de alimentare Qi

4

1.2 Simularea sistemelor de reglare a nivelului în decantorul primar Dacă pentru reglarea nivelului se consideră ca mărime de execuţie debitul

de intrare Qi atunci schema de principiu a sistemului prezentat în figura 1.5, capătă aspectul din figura 1.6.

Figura 1.6 Schema de principiu a sistemului de reglare a nivelului într-un decantor primar considerând ca mărime de comandă debitul de intrare Qi

Pe baza ecuaţiilor deduse anterior rezultă schema funcţională de simulare

din figura 1.7.

H* u H

+-

Ki

yref)

sT1

1(Ki

r Ts1

KF

+

-

Tts1

KT

Qe

Ts1

K2

Figura 1.7 Schema funcţională a sistemului de reglare nivel

Pe baza schemei funcţionale prezentată în figura 1.7 se realizează schema de simulare numerică în Simulink, figura 1.8.

5

sT

Ks

T*

Kr

i

ri++ ++

1s

T

K ee

ee ++ ++1

sT

K f

f ++ ++1

sT

K tr

tr ++ ++

1s

T

K f

2 ++ ++

Figura 1.8 Schema de simulare numerică în Simulink

6

Pentru a se realiza simularea numerică a schemei din figura 1.8 se elaborează un program în Matlab unde se introduc datele de simulare, prezentat mai jos: Date _simulare.m % Date de simulare reglare nivel n= ; % n- nr. de ordine din condica B = 10+0.5*n; % latimea decantorului (m) L = 50+0.25*n; % lungimea decantorului (m) Qe = 0.16; % debitul de apa uzata influent (m3/s) H=2.5+0.5*n; % adancimea bazinului de sedimentare (m) T=2*B*L*H/Qe; % constanta de timp a procesului (s) Ttr=10; % constanta traductorului de nivel (s) Kf=2*H/Qe; % factorul de transfer al procesului Kt=10/3; % constanta traductorului (V/m) Ki=Kt; % factor de adaptare la referinta K2=Kf; % constanta de transfer pe canalul de pertubatie Kr=50+5*n; % factorul de amplificare al regulatorului Ti=T; % constanta de timp de integrare a regulatorului Kee=0.02; % factor de amplificare element de executie (m3/sV) Tee=24; % constanta de timp element de executie (s) S0=10e-4; % aria de curgere (m2) Tf=T;

În urma simulării numerice se obţin o serie de rezultate care pot fi vizualizate grafic şi se pot trage o serie de concluzii privind procesul de reglare al nivelului.

Se simulează schema din figura 1.8, si obţine răspunsul indicial al sistemului.

Optimizarea răspunsului se face aplicând criteriul compensării celei mai mari constante de timp, în cazul de faţă constanta procesului.

Pentru a face comparaţia cu comportarea procesului fără reglare, pe baza schemei de simulare prezentată în figura 1.9 se realizeaza un model în Simulink și se simuleaza numeric.

sT

KsT*Kr

i

ri ++++

1sT

K

ee

ee

++++ 1sT

K

f

f

++++

Figura 1.9 Schema de simulare în Simulink a procesului

în buclă deschisă

7

Procesul în buclă deschisă este caracterizat de o constantă de timp foarte mare. Cu regulatorul introdus comportarea dinamica a procesului devine mult mai rapidă fapt constatat şi din analiza graficului H(t). In schema din figura 1.8 se consideră referinţa zero şi ca mărime de intrare în sistem debitul maxim de evacuare. Se realizeaza un experiment de simulare numerică se obţine variatia nivelului H in functie de timp, considerand ca marime de intrare pertubația Qe. CERINȚE TEMĂ 1. Realizarea modelului procesului în Simulink din figura 1.8 și salvarea cu denumirea numestudent_nivel.mdl. Se va realiza simularea numerică și se va reprezenta grafic H(nivel) functie de timp. 2. Realizarea modelului procesului in Simulink din figura 1.9 și salvarea cu denumirea numestudent_bulcadeschisa.mdl. Se va realiza simularea numerică și se va reprezenta grafic H(nivel) functie de timp. 2. Realizarea modelului procesului in Simulink din figura 1.10 și salvarea cu denumirea numestudent_perturbatie.mdl. Se va realiza simularea numerică și se va reprezenta grafic H(nivel) functie de timp. Observaţii generale

1. Proiectul va fi elaborat în Word, va fi predat atât sub formă printată cât şi electronică (CD, memory stick etc.)

2. predarea proiectului se va realiza cu ajutorul calculatorului prin rularea on-line a modelelor din proiect.

3. Toate graficele din proiect vor fi personalizate cu ajutorul editorului grafic din Matlab.