DISCIPLINA BAZELE AUTOMATIZĂRII

CLASA A XII-A

Profesor Saliu Viorel

Tema: Clasificarea regulatoarelor automate

Competenţe specifice:

• CS2: Identificarea elementelor componente ale unui sistem de reglare automată (SRA)

• CS3: Explicarea rolului şi funcţionării diferitelor componente ale unui SRA.

Competenţe derivate:

• CD12: Enumerarea criteriilor principale de clasificare a RA

• CD13: Prezentarea clasificării regulatoarelor automate (RA)

• CD14: Precizarea caracteristicilor principalelor tipuri de regulatore automate

Locul regulatorului automat într-un SRA

Regulatorul automat (RA) este acel element din cuprinsul SRA la intrarea căruia se aplică eroarea (sau abaterea) ε, şi la a cărui ieşire rezultă mărimea de comandă u, care determină acţionarea elementului de execuţie.Prin însăşi construcţia regulatorului se asigură stabilirea unei anumite dependenţe între mărimea de comandă u şi eroarea ε, astfel încât, ca urmare a acţiunii elementului de execuţie, comandat de regulator, să se obţină fie anularea abaterii, fie menţinerea acsteia, între limite dinainte stabilite.

Principii constructive

Structura RA este determinată de rolul său funcţional în cadrul SRA. Astfel, deşi există o mare varietate de tipuri de regulatoare, orice regulator va conţine următoarele elemente componente: amplificatorul, elementul de reacţie secundară şi elementul de comparare secundară.

►Amplificatorul este elementul de bază al regulatorului. El amplifică

mărimea ε cu un factor KR adică:

u(t) = KR · ε1(t)

►Elementul de reacţie secundară (ERS) primeşte la intrare mărimea de comandă u şi furnizează la ieşire un semnal rR – marime de reacţie secundară

► Elementul de comparare secundară (ECS)

efectuează continuu compararea valorilor abaterii ε şi a mărimii rR după relaţia:

ε1(t) = ε(t) – rR(t)

De multe ori regulatorul are o structură mai complicată – de exemplu la unele regulatoare există mai multe etaje de amplificare, la altele există mai multe

reacţii secundare necesare obţinerii unor legi de reglare mai complexe.

Schema bloc completă a RA conţine:

A - ampificator

RC – reţea de corecţie

ECS – element de comparaţie secundar

ECP – element de comparaţie principal

ER – element de prescriere a referinţei

EA – element de comandă manuală pentru ajustarea parametrilor regulatorului

ε1(t) = ε(t) – rR(t)

ε (t) = i(t) – r(t)

CLASIFICAREA REGULATOARELOR

Principalele criterii de clasificare ale regulatoarelor sunt:

1. în funcţie de sursa de energie exterioară folosită;2. după viteza de răspuns3. în funcţie de particularităţile constructive şi funcţionale:

3.a) după tipul acţiunii;3.b) după caracteristicile constructive;3.c) după agentul purtător de semnal;

Clasificarea regulatoarelor

După tipul acţiunii

După caracteristicile constructive

După agentul purtător de semnal

După viteza de răspuns

În funcţie de sursa de energie exterioară folosită

Regulatoare directe

Regulatoare indirecte

Regulatoare pentru procese rapide

Regulatoare pentru procese lente

Regulatoare cu acţiune continuă

Regulatoare cu acţiune discretă

Regulatoare unificate

Regulatoare specializate

Regulatoare electronice

Regulatoare electromagnetice

Regulatoare pneumatice

Regulatoare hidraulice

Regulatoare liniare

Regulatoare neliniare

Regulatoare bipoziţionale

Regulatoare tripoziţionale

Regulatoare P

Regulatoare I

Regulatoare D

Regulatoare PI

Regulatoare PD

Regulatoare PID

1. În funcţie de sursa de energie exterioară folosită

Regulatoarele directe – atunci când nu este necesară o sursă de energie suplimentară, transmiterea semnalului realizându-se pe seama energiei interne

Regulatoarele indirecte – când folosesc o sursă de energie exterioară (suplimentară) pentru acţionarea elementului de execuţie.

2. După viteza de răspuns

a) Regulatoare pentru procese rapide folosite pentru reglarea automată a instalaţiilor tehnologice care au constante de timp mai mici de 10 s

b) Regulatoare pentru procese lente folosite pentru reglarea automată a instalaţiilor tehnologice care au constante de timp mai mari de 10 s

3. După tipul acţiunii

a) Regulatoare cu acţiune continuă – cele la care mărimile ε(t) şi u(t) variază continuu în timp; dacă dependenţa între cele două mărimi este liniară, regulatorul se numeşte liniar, iar dacă este neliniară se numeşte neliniar

b) Regulatoare cu acţiune discretă (sau regulatoare discontinue) sunt cele la care mărimile ε(t) şi u(t) reprezintă un tren de impulsuri; la aceste regulatoare există o relaţie discontinuă între abatere şi mărimea de comandă.

4. După caracteristicile constructive

a) Regulatoare unificate – care se pot utiliza pentru reglarea a diferiţi parametri (presiune, temperatură, debit) şi care se caracterizează prin faptul că mărimile (semnalele) de intrare şi de ieşire ale fiecărui element sunt de aceeaşi natură fizică şi au aceleaşi limite ale gamei (domeniului) de variaţie – sunt semnale unificate.

b) Regulatoare specializate – numai pentru o anumită mărime sau pentru un anumit tip de instalaţie tehnologică (sau proces).

Avantaje ale regulatoarelor unificate (sistemelor unificate de reglare automată)

- Posibilitatea conectării în diferite moduri a diverselor elemente sau blocuri tip, cu un sortiment restrâns de elemente putându-se obţine o largă varietate de scheme de reglare, pentru procese diferite

- Înlocuirea rapidă a diverselor blocuri, în cazul defectării lor; se pot utiliza în acelaşi SRA elemente de fabricaţie diferită, cu condiţia ca semnalele unificate să fie identice,

- Reducerea preţului de cost al regulatoarelor şi al celorlalte blocuri unificate ca urmare a tipizării construcţiei acestora şi producerii lor în serie mare;

- Uniformizarea panourilor de regulatoare ceea ce determină îmbunătăţirea condiţiilor de exploatare a instalaţiilor de reglare automată

5. După agentul purtător de semnala) Regulatoare electronice – au în componenţa lor elemente electrice

şi electronice sau numai electronice iar semnalul purtător de informaţie este de natură electrică; Principalele avantaje ale RE sunt: inerţia redusă, consumul de putere redus, realizarea relativ uşoară a unor legi diferite de reglare, posibilitatea de a lucra în combinaţie cu calculatoare de proces.

b) Regulatoare electromagnetice – îşi bazează funcţionarea pe acţiunea câmpului magnetic asupra unor armături mobile

c) Regulatoare pneumatice – nu se pot utiliza la distanţe mai mari de 300 m deoarece intervin întârzieri în transmiterea semnalelor

d) Regulatoare hidraulice – folosirea RA pneumatice şi hidraulice se datorează avantajelor acestora: siguranţă mare în funcţionare, robusteţe şi faptului că sunt relativ ieftine comparativ cu cele electronice.Dezavantajul principal îl constituie raza de acţiune redusă.

Regulatoare cu acţiune continuă

Se numesc regulatoare cu acţiune continuă acele regulatoare ale căror mărimi de intrare şi ieşire sunt de tip continuu (mărimi care se mai numesc analogice).

La aceste regulatoare mărimea de comandă este influenţată în mod continuu de mărimea reglată.

Dintre aceste regulatoare un rol deosebit îl au regulatoarele liniare.

Se numesc regulatoare liniare toate regulatoarele cu acţiune continuă în care legea de reglare, adică dependenţa dintre u(t) şi ε(t) are un caracter liniar.

Din clasificarea prezentată în pag.6 rezultă că regulatoarele liniare sunt de 6 tipuri

1. Regulatoare cu acţiune proporţională (notate cu P);

2. Regulatoare cu acţiune integrală (I);

3. Regulatoare cu acţiune diferenţială (D);

4. Regulatoare cu acţiune proporţional-integrală (PI)

5. Regulatoare cu acţiune proporţional-diferenţială (PD);

6. Regulatoare cu acţiune proporţional-integral-diferenţială.

Regulatoare cu acţiune proporţională – Regulatoare P

La aceste regulatoare între mărimea de intrare în regulator ε(t) şi cea de comandă u(t) se stabileşte de către regulator, o relaţie de proporţionalitate de forma:

u(t) = KR · ε (t),unde KR este factorul de amplificare al regulatorului.În cazul în care mărimea de intrare este o funcţie treaptă unitară mărimea de

ieşire va fi de asemenea o treaptă unitară dar amplificată prin KR.

Banda de proporţionalitate

De multe ori în loc de factorul de amplificare se foloseşte o altă constantă denumită bandă de proporţionalitate a regulatorului P, care se notează cu BP. Când domeniul de variaţie a mărimii de acţionare a regulatorului (abaterea ε) este egal cu domeniul de variaţie al mărimii de comandă, banda de proporţionalitate se determină cu relaţia:

Dacă domeniul de variaţie al erorii diferă de cel al lui u, atunci domeniul de proporţionalitate se determină cu relaţia:

%1001

RK

BP

%100

udomeniul

domeniul

KBP

R

Regulator P cu acţiune indirectă(Sistem de reglare automată a presiunii unui fluid)

Regulatorul conţine următoarele elemente:

Traductorul de reacţie, elementul de prescriere, elementul de comparare, amplificatorul cu distribuitor

Traductorul de reacţie este format din membrana elastică 1, care converteşte variaţiile presiunii din conducta 5 în variaţii de deplasare liniară a tijei fixate pe membrană.

Elementul de prescriere 3 este elementul cu ajutorul căruia se fixează valoarea de consemn a presiunii din conductă.

Regulator P cu acţiune indirectă(Sistem de reglare automată a presiunii unui fluid)

Elementul de comparare 9 este format din pârghia ABC

Amplificatorul cu distribuitor foloseşte ca sursă de energie exterioară un fluid cu presiunea p0

Elementul de execuţie este format din cilindrul 8, pistonul 7 şi clapeta de închidere 6.

Se presupune că iniţial presiunea din conductă se află la presiunea nominală pn (valoarea de consemn) şi că la un moment dat are loc o creştere a presiunii p (p>pn).

Regulatoare electronice cu amplificatoare operationale