Capitoll 2: Configratii de sistem de reglare atomata 2.1. Tipri de SRA SRA se pot clasifica in: - sisteme de rejectie a pertrbatiilor (c referinta fixa); SRA asigra fnctionarea procesli intr-n regim stationar fixat prin y r = ct, indiferent de actinea pertrbatiilor aditive v(t). - sisteme de rmarire fnctia de reglare are ca efect final rmarirea cat mai fidela de catre marimea masrata a marimii de referinta. In cazl in care marimile pertrbatoare snt accesibile masrarii, fnctia de reglare se poate realiza prin elaborarea nor comenzi in fnctie de pertrbatie, rezltand n SRA c actine directa (figra 2.1.) v 1 v 2 RA P y T v Figra 2.1. SRA c actine directa Daca se rmareste atat compensarea actinii pertrbatiei cat si realizarea fnctiei de reglare in raport c referinta y r (t) se poate alcati o strctra de sistem de reglare combinata (Figra 2.2.) Reglare pertrbatie T v + Filtr pertrbatie y r + - RA + P y Figra 2.2. SRA combinat (reglare dpa referinta si pertrbatie) 1
O asemenea strctra permite realizarea fnctiei de reglare pe baza nor decizii elaborate atat in fnctie de eroarea ε (t), cat si fnctie de pertrbatia V (t) (accesibila masrarii). O strctra de SRA c larga aplicabilitate este strctra de sistem de reglare in cascada (Figra 2.3.). Admitand ca procesl conds este decompozabil in sbprocese interconectate cazal, c variabile intermediare accesibile masrarii se poate alcati o strctra de reglare in cascada folosind n nmar de reglatoare egal c nmarl variabilelor masrate din proces. v 1 v 2 z 1 y 1 z 2 y r ε 2 1 m RA 2 RA 1 EE P 1 T 1 P 2 T 2 + + - - y 1 y 2 y 2 Figra 2.3. Strctra de reglare in cascada a doa variabile z 1 si z 2 Cele doa sbprocese snt conectate cazal, marimea de exectie (nica) determinand cazal evoltia variabilei intermediare "z 1 ", care la randl ei determina cazal evoltia variabilei de iesire din proces. Reglatorl RA 1 este destinat reglarii variabilei "z 1 " si compensarii actinii pertrbatiei "v 1 ", iar reglatorl principal RA 2 are roll de a asigra realizarea fnctiei de reglare in raport c referinta "y r ", frnizand in acest scop referinta pentr reglatorl secndar RA 1. Cele doa reglatoare din cadrl acestei strctri fnctioneaza in regim de rmarire. Procesele spse atomatizarii evoleaza cel mai adesea intr-n "context pertrbator" c pronntate incertitdini, ceea ce impne adaptarea nor strctri de sisteme evolate de condcere adaptiva si optimala. In continare vom prezenta o serie de consideratii privind relajl atomat in fnctie de configratia bclei de reglare pe n exempl concret de reglare nivelli intr-n rezeror. 2
2.2. Exemple de sisteme de reglare/comanda a nivelli Comanda neatomata (in bcla deschisa), Figra 2.4. prespne existenta ni operator man care pe baza indicatiilor aparatli de masra actioneaza manal aspra ventilli care comanda aerl comprimat al servomotorli c membrana al vanei de reglaj al debitli de intrare. Operatorl va trebi sa mentina nivell prescris indiferent de sarcina Q e. Figra 2.4. Comanda neatomata a nivelli Reglarea «Tot sa Nimic» este cel mai simpl tip de bcla de reglare (Figra 2.5.) Nivell este sesizat de n tradctor de nivel c contact iar servomotorl vanei de admisie a apei in rezervor este actionat pnematic prin intermedil ni electroventil, electroventil actionat la randl li de contactl tradctorli. Drept rmare vana va fi complet inchisa sa complet deschisa in fnctie de semnl erorii. Considerand ca ventill de reglaj al nivelli LCV este de tipl c actionare la deschidere (normal inchis NI) si daca nivell initial este cel prestabilit, vana va fi inchisa. Daca nivell scade, contactl tradctoirli se inchide, electro ventill se alimenteaza si se prodce aplicarea aerli comprimat la LCV care va deschide 100%. Nivell va creste si in momentl cand va fi atins nivell prestabilit, atnci se da comanda de inchidere a vanei dar aceasta se face c o intarziere sa defazaj de ½ T, nde T este perioada ciclli de inchidere-deschidere a vanei. Forma semnalelor si ε n este real sinsoidala insa este n semnal periodic. In cazl reglajli «tot sa nimic», parametrl reglat, nivell, va oscila intre doa valori. Reglajl la valoarea de referinta n se realizeaza decat prin existenta nei benzi de insensibilitate. Acest tip de reglaj este prezinta dezavantajl ca sisteml reglat este la limita de stabilitate si poate fi folosit in special pentr procese lente, cm ar fi sistemele electrice de incalzire. 3
ΝΙ LCV Ε ε Ι D D Ι ι Figra 2.5. Reglarea tot sa nimic a nivelli a. schema technologica c atomatizari b. Variatia comenzii si a erorii reglatorli Reglarea contina de tip proportional Este cel mai frecvent mod de reglare si se poate realiza in doa variante : A) Reglare directa (Figra 2.6. - A) Tradctorl rmareste nivell si prodce n semnal proportional c acesta pentr actionarea ventilli de reglare. De exempl daca Q e creste, scade, semnall de la se redce si daca LCV este de tipl normal deschis (ND), ventill de reglare se va deschide mai mlt marind debitl de apa introds in rezervor. Cand se ajnge la echilibr =Q e, nivell se stabilizeaza si semnall de la tradctor ramane constant. Se obtine n echilibr masic dar c pretl abaterii nivelli de la valoarea initiala. Pentr a readce la vechea valoare este necesar fie sa se deschida mai mlt ventill fie sa se adage mai mlta apa pe o alta cale in rezervor, dar in ambele cazri tradctorl sesizeaza o variere a nivelli de lichid in rezervor, deci semnall emis de va creste si va comanda inchderea ventilli. Daca alimentarea splimentara se sprima, alimentarea si consml n mai snt egale (ventill se va inchide) si va scadea din no. In conclzie, la o pertrbatie (modificarea) pe debitl de iesire al rezervorli, reglajl proportional direct va realiza nmai o noa stare de echilibr c eroare stationara. 4
ND NI LCV LCV LIC ε ε t t ε S ε S K ε S Figra 2.6. Reglarea de volm P a nivelli : A. reglare direct ; B reglare indirecta sa prin reglator ( convertor crent presine) B. Reglarea indirecta (prin reglator)- Figra 2.6. - B Introdcerea reglatorli atomat de nivel LIC elimina dezavantajele sistemli precedent. in sensl ca reglajl se face dpa marimea de referinta. Reglatoarele pot fi c actionare directa ( daca ε ) sa actionare inversa ( daca ε ). Alegerea tipli de actionare a comenzii se face in fnctie de tipl ventilli normal inchis (NI) sa normal deschis (ND). Tipl de vana se alege in fnctie de pe de alta parte din considerente de asigrare a sigrantei in fnctionare la pierderea presinii aerli instrmental (de comanda). In majoritatea sitatiilor este rational sa se aleaga n ventil normal inchis. In figra 2.6. B o scadere a li condce la o scadere a semnalli in LIC, dar vanei NI i se va cere o crestere a semnalli de presine de aer comprimat pentr a creste Qi, deci LIC va fi c actine inversa. Tot c actine inversa va fi LIC si daca vana de reglaj va fi amplasata pe iesirea rezervorli deci pe. Daca vana este pe Qi si este ND atnci LIC este c actine directa. Reglajl proportional stabilizeaza marimea reglata c o eroare stationara a carei valoare este proportionala c factorl de amplificate al sistemli in bcla deschisa. 5
Reglajl se poate imbnatati daca se introdce o componenta derivativa si integrala. Precizia reglarii atomate poate deasemenea fi imbnatatita daca se incearca mentinerea nei balante masice intre Qi si, nl dintre semnale fiind folosit ca si marime de referinta () Reglajl c compensarea pertrbatiilor (Figra 2.7.) In cazl ideal varierea li va condce la modificarea li Qi care va egala imediat pe. Roll tradctorli de debit FT2 este de a asigra n semnal de corectie a pertrbatiei astfel incat va fi corectat inainte ca procesl sa fie pertrbat efectiv. In cazl real exista o intarziere de la sesizarea modificarii li pana la modificarea corespnzatoare a li Qi. Acest lcr condce la o stabilizare a semnalli c o eroare stationara. NI FCV FT2 FIC y r FT2 Figra 2.7. Reglajl c compensarea pertrbatiilor Reglarea in cascada isi propne mentinerea valorii de referinta a parametrli reglat c eliminarea pertrbatiilor inainte de propagarea lor in sistem. Se tilizeaza in acest scop doa sa mai mlte reglatoare conectate in serie (sa in cascada), fiecare reglator primind informatia de la o marime masrata si de la la evental reglator aflat in amonte de el. Realizarea nei astfel de strctri prespne o descompnere a instalatiei in mai mlte sbprocese. Aceste sbprocese a constante de timp din ce in ce mai mici pe masra ce se afla mai spre interiorl strctrii de reglare. In figra 2.8. se propne o strctra in cascada c doa reglatoare : - reglator principal (de nivel) : LIC este c actine inversa deorece o crestere a li trebie sa-i corespnda o sadere a li Qi - reglator secndar (de debit) : FIC este tot c actine inversa aceasta actine fiind determinata de tipl vanei. 6
ND (NI) FCV FT2 y Qi FIC FIC y r2 = LIC LIC y y LIC =y r2 r1 y Qi y FIC LIC FIC 1 2 T mic T mare Figra 2.7. Reglarea atomata in cascada a nivelli Comportarea reglajli incascada este similara c cea a ni reglaj c o singra bcla de reglare, in sensl ca trebie sa apara mai intai eroarea si apoi va fi elaborata marimea de comanda care va incerca sa restareze marimea masrata la valoarea de refecrinta. Fnctionarea se poate descrie dpa rmatoarea secventa : Cand debitl de iesire creste, nivell in rezervor scade si deci tensinea de comanda la iesirea reglatorli de nivel LIC, LIC creste, adica creste marimea de referinta pentr reglatorl din bcla interna FIC care va avea la randl li la iesire o tensine de comanda FIC care va scadea daca vana FCV este normal deschisa sa va creste daca vana FCV este normal inchisa. O precizie mai bna se obtine daca se introdce n semnal de masra direct dpa pertrbatie de la iesire, obtinand-se astfel o reglare in cascada c compensarea pertrbatiei c legatra inainte. Legatra inainte este necesara pentr a minimiza variatiile parametrli reglat, ca rmare a modificarii sarcinii, Q e, deci a ni dezechilibr masic intre si Q e. Semnall de compensare a pertrbatiei dat de tradctorl de debit FT1 se insmeaza c iesirea reglatorli de nivel LIC si a semnalli de polarizare. Orice abatere de debit de intrare este rezolvata pe bcla de stabilizare a debitli ce inclde reglatorl de debit FIC. Daca nivell se afla la valoarea de referinta, eroarea este zero si reglatorl proportional va frniza n semnal de 50%. LIC va fi c actine inversa, pentr a frniza n semnal micsorat reglatorli FIC la n nivel mare. Semnall la tradctorl debitli de iesire Q e, FT 2 si LIC se introdc in smator. La valoarea 7
de referinta a nivelli, marimea de comanda a LIC n trebie sa modifice referinta reglatorli de debit FIC. Pentr a realiza acest lcr, smatorl va trebi sa ignore semnall de comanda de la LIC corespnzator nivelli de 50%. Acest lcr se obtine folosind semnall de polarizare (constant) de -50%. FIC va rela pe Qi fnctie de yr2 indiferent de flctatiile intrarii. Acest sistem isi gaseste aplicatia la reglarea nivelli in generatoarele de abr. NI (ND) FCV FT1 y Qi FIC FIC y r2 polarizare Σ LIC LIC y y Figra 2.8. Reglarea atomata in cascada a nivelli c compensarea pertrbatiilor c legatra inainte. Reglarea nmerica directa consta in inlocirea reglatoarelor atomate de tip analogic c o aparatra nmerica (calclatoare nmerice sa microcontrolere nlerice). Acest lcr permite folosirea nor algoritmi evolati de condcere si comanda mai mltor procese de catre n singr echipament. CALCULATOR NUMERIC FT2 Unitate de control FCV Unitate Aritmetic si Logica de Memorie CNA DMUX 0 CAN MUX Figra 2.9. Reglarea nmerica directa 8
Marimile masrate c tradctoare analogice snt convertite in semnale nmerice prin CAN, convertorl analog nmeric, selectarea ni canal pa CAN nic facand-se c n mltiplexor MUX aflat in sbordinea nitatii de control. Semnall nmeric este trect apoi printr-n dispozitiv de extrapolare, de obicei de ordinl zero, care retine valoarea marimii masrate intre doa momente de esantionare. Dpa prelcrarea semnalelor conform legii de comanda, comanda la ventill de reglare se transmite prin CNA, convertorl nmeric analogic si prin demltiplexorl DMUX. 9