MODULUL 2: SCEME FOLOSITE IN AUTOMATICA Scheme flsie in aumaic Aciviaea cncepuală a unei insalaţii aumaizae sau a unr echipamene desinae aumaizării se cncreizează încă din faza de priecare în scheme ce fac pare inegrană din dcumenaţia de execuţie a insalaţiei respecive. Prin schemă se înţelege reprezenare grafică a diverselr elemene ale unei insalaţii cu menţinarea legăurilr de ransmiere a infrmaţiilr dinre ele. Principalele ipuri de scheme flsie în aumaică sun: 1. Scheme funcţinale a) scheme ehnlgice cu aumaizări în care sun reprezenae elemenele insalaţiei aumaizae împreună cu legăurile lr funcţinale, şi pe care sun figurae elemenele şi circuiele insalaţiei de aumaizare; b) scheme blc care cuprind elemene ale insalaţiei de aumaizare împreună cu legăurile funcţinale dinre ele, asfel încâ din acesea să rezule principiul de funcţinare al insalaţiei de aumaizare; c) scheme de alimenare care cuprind alimenarea cu energie elecrică a insalaţiei de aumaizare; d) scheme desfăşurae care reprezină legăurile dinre aparae sau dinre elemenele cmpnene ale acesra şi care permi înţelegerea şi urmărirea funcţinării efecive a circuielr elecrice; e) diagrame funcţinale (de secvenţe) care cuprind sările de funcţinare succesive ale insalaţiei, cu menţinarea evenualelr emprizări înre peraţii succesive. 2. Scheme de mnare a) scheme sau abele de cnexiuni ineriare pe baza cărra se execuă legăurile dinre aparae precum şi legăurile dinre aparae şi şirurile de cleme din inerirul echipamenelr (ablurilr, pupire de cmandă, ec.); b) scheme sau abele de cnexiuni exeriare pe baza cărra se execuă legăurile dinre echipamenele de aumaizare sau dinre echipamene şi aparaele lcale (raducare, buane de cmandă, acţinări, ec.). 3. Planurile de mnare sun acele scheme care fac pare din Priecul ehnic cnsruciv al fiecărui echipamen de aumaizare şi servesc la execuţia acesuia (echipări de panuri, inscripţii pe eichee, ec.) sau ale dealii de
mnaj penru rasee de cabluri, amplasări de echipamene, mnări de aparae lcale, ec. 4. Dcumenele generale cuprind infrmaţii necesare prcurării echipamenelr şi maerialelr cu care se execuă insalaţia de aumaizare priecaă. În aceasă caegrie inră: specificaţiile de echipamene sau aparae lcale, fişele ehnice, jurnalele de cabluri şi cnduce, ec. Exemplificare cu principalele scheme funcţinale uilizae în aumaica (fig.1). Semnificaţia simblurilr flsie în schemele funcţinale ehnlgice sun dae în abela 1.1 si abela 1.2.
~ APA S 1 ~ BCS ABUR 6 bar DEGAZOR 6 bar PT u 1 f 1 PC r 1 a) ~ ~ PI g 1 EPA 1 ~ ~ EPA 2 ~ ~ ~ ~ b) PC EE r 1 y r ε u PID BCS EAOR S m z 1 DEGAZOR f 1 TRADUCTOR DE PRESIUNE y LA Cnrapanu GE 01 R e N U 1 FE102 B U V G T J c) Panu GE 01 g 1 AI 192 r 1 M T 1 T 2 C 1 C 2 U N PD ELC113C E Lcal f 1 FE1 GM B E I P 2B 27 BCS 1 2 3 4 5 6 7 8 S 1 MRD 1 U 1 2 Fig.1 Reglarea aumaă a nivelului înr-un degazr de 6 bar a) schema ehnlgică cu aumaizări; b) schema blc; c) schema desfăşuraă V
Tabela 1.1: Simblurile flsie în schemele funcţinale ehnlgice Cmpnene ehnlgice si raseele agenilr de lucru Simbl Semnificaţie Simbl Semnificaţie Simbl Semnificaţie linie de semnal cazan ejecr elecric linie de semnal pneumaic urbină venil apă, cndens, apă de răcire schimbăr căldură de M venil de reglare abur degazr venil cu acţinare pe membrană gaze de ardere cndensar venil cu rei căi aer răcir cu injecţie clapeă de închidere cărbune saţie de reducere răcire priză măsurarea presiunii penru ulei pmpă priză penru măsurarea emperaurii zgură, cenuşă mr, acţinare cu diafragmă penru M mr elecric măsurarea (vane, pmpe, debiului fum, gaz de evacuare buncăr cărbune de M G venilaare) acţinare de reglare cu mr elecric (penru buclele de reglare) măsurarea nivelului generar ale ipuri de măsurari mară cmpresr cmandă de «deschidere» la creşerea paramerului regla arzăr dzar cmandă de «închidere» la scăderea paramerului regla
Tabela 1.2: Simblurile flsie în schemele funcţinale ehnlgice ISA (Insrumen Sciey f America) Elemene de masura si cmanda Simbl Semnificaţie Simbl Semnificaţie Simbl Semnificaţie 3 cmandă de la cmandă de la elemen de cmuare auma-manual 2 A-M disanţă (închis, disanţă (prni / (penru reglarea referinţei în bucla de an deschis, sp) an pri, creşe an reglare: A-referinţa culeasă din /scade) prces; M-referinţă mdificaă manual) XX apara lcal raducr, apara mna pe panu sau pupiru în XX XX deecr CCT camera de cmandă ehnică an an (cnur peraiv) XX an apara mna în panu lcal XX an apara mna în dulap neperaiv A(B) semnal analgic (binar) ransmis la calcularul de prces Naţiile din inerirul simblurilr de mai sus au urmăarea semnificaţie. prima lieră (primele liere) reprezină simblul paramerului măsura apara calcul a dua lieră (ulimele liere începând cu a dua) reprezină simblul funcţiei aparaului cifră reprezenând numărul aparaului în buclă liere având urmăarea semnificaţie : b = bun; g = apara indicar; f = raducr; u = Cele mai uilizae simbluri ale paramerilr şi funcţiilr sun : Simbluri paramerii Simbluri funcţii (Mdificae) A - Analiza D - Derivaa B - Flacara, cmbusibil F - Funcie C - La alegerea uilizarilr J - Vizualizare D - La alegerea uilizarilr K - Raa de imp de schimbare E - Tensiune M - Mmenan F - Debi Q - Inegrare, alizare G - La alegerea uilizarilr S - Sigurana - Cmanda nrmala X - Axa X I - Curen (elecric) Y - Axa Y J - Puere Z - Axa Z K - Timp L - Nivel Ciire sau funcia pasiva M - La alegerea uilizarilr A - Alarma N - La alegerea uilizarilr B - Elemen neflsi O - La alegerea uilizarilr E - Senzr P - Presiune G - Sicla, dispziiv de vizualizare Q - Caliae I - Indicaie R - Radiaie L - Lumina, semnalizare S - Vieza, frecvena N - Neuiliza T - Temperaura O - Resricie U - Mulivariabili P - Punc de cnexiune V - Vibraie R - Inregisrare W - Greuae, fra U - Funcie mulipla X - Neclasifica W - Bine Y - Evenimen, sare sau prezena X - Neclasifica Z - Pziie, dimensiune Penru elemenul de calcul mai p exisa şi ale precizări în clţul din dreapa sus al simblului: - exracr radical - elemen inegrar - sumar ][ - separar galvanic / - elemen înmulţire / împărţire Penru funcţia de precţie, în clţul din dreapa sus al simblului, p fi înscrise valrile maxime () şi minime (L):, L...S... XX...Y...
Tabela 1.2 bis: Simblurile flsie în schemele funcţinale ehnlgice ISA (Insrumen Sciey f America) Elemene de masura si cmanda Simbl Semnificaţie Simbl Semnificaţie Lcal Accesibil nrmal de care perar Camera de cmanda cenrala mna pe cnrapanul principal neaccesibil nrmal de care perar Cenral sau camera de cnrl principal / mna pe panul frnal accesibil de care perar Camera de cmanda secundara sau lcala, panu lcal sau camp mna pe cuie sau panu secundar sau lcal neaccesibil nrmal de care perar Naţiile din inerirul simblurilr de mai sus au urmăarea semnificaţie. prima lieră (primele liere) reprezină simblul paramerului măsura calcul Camera de cmanda secundara sau lcala, panu lcal sau camp mna pe panu lcal sau secundar neaccesibil perarului a dua lieră (ulimele liere începând cu a dua) reprezină simblul funcţiei aparaului cifră reprezenând numărul aparaului în buclă liere având urmăarea semnificaţie : b = bun; g = apara indicar; f = raducr; u = apara Cele mai uilizae simbluri ale paramerilr şi funcţiilr sun : Simbluri paramerii Simbluri funcţii (Mdificae) A - Analiza D - Derivaa B - Flacara, cmbusibil F - Funcie C - La alegerea uilizarilr J - Vizualizare D - La alegerea uilizarilr K - Raa de imp de schimbare E - Tensiune M - Mmenan F - Debi Q - Inegrare, alizare G - La alegerea uilizarilr S - Sigurana - Cmanda nrmala X - Axa X I - Curen (elecric) Y - Axa Y J - Puere Z - Axa Z K - Timp L - Nivel Ciire sau funcia pasiva M - La alegerea uilizarilr A - Alarma N - La alegerea uilizarilr B - Elemen neflsi O - La alegerea uilizarilr E - Senzr P - Presiune G - Sicla, dispziiv de vizualizare Q - Caliae I - Indicaie R - Radiaie L - Lumina, semnalizare S - Vieza, frecvena N - Neuiliza T - Temperaura O - Resricie U - Mulivariabili P - Punc de cnexiune V - Vibraie R - Inregisrare W - Greuae, fra U - Funcie mulipla X - Neclasifica W - Bine Y - Evenimen, sare sau prezena X - Neclasifica Z - Pziie, dimensiune Penru elemenul de calcul mai p exisa şi ale precizări în clţul din dreapa sus al simblului: - exracr radical - elemen inegrar - sumar ][ - separar galvanic / - elemen înmulţire / împărţire Penru funcţia de precţie, în clţul din dreapa sus al simblului, p fi înscrise valrile maxime () şi minime (L):, L...S... XX...Y...
Tabela 1.3: Reprezenarea funciilr penru bucle de masura Simbl Semnificaţie Simbl Semnificaţie Bucla masura ale carei funcii se realizeaza lcal Acinare elecrica de inchidere cu cmanda dulap lcal Bucla masura ale carei funcii se realizeaza prin dulap lcal Vana cu elecrmagne cu cmanda dulap lcal Bucla masura ale carei funcii se realizeaza in camera de cmandal Acinare elecrica de inchidere cu cmanda lcala Vana cu elecrmagne cu cmanda lcala Pmpa cu mr elecric cu cmanda dulap lcal Acinare elecrica de inchidere cu cmanda din CCT Vana cu elecrmagne cu cmanda din CCT Pmpa cu mr elecric cu cmanda lcala Semnificaia lierelr cdificarii sisemului AKS sun urmaarele: Semnificaia primei liere penru paramerul masura Semnificaia lierelr penru funciile realizae de bucla de masura A - Analiza A - Semnalizare B - Flacara C - Reglare F - Debi N - Calcule, crecie - Cmanda manuala R - Inregisrare L - Nivel Q - Cnrizare P - Presiune S - Inerblcari DP - Presiune difereniala Z - Precie T - Temperaura V - Vibraie Lierele A, Z si S p fi urmae de lierele L (penru X - Masurari speciale limia minim 1); (penru limia maxim 1); LL (penru Y - Turaie limia minim 2) si (penru limia maxim 2) Z - Pziie, dimensiune blc. Ese ineresan de a se vedea mdul de recere de la schema cnsrucivă la schema Exemplificare (fig. 2) La un schimbăr de căldură se inrduce reglarea aumaă a emperaurii apei la ieşire, schema cnsrucivă fiind daă în figura 1.7.a. Să se încmească schema blc, deerminându-se principalele blcuri şi mărimi caracerisice ale unui sisem de reglare aumaă.
a) b) SC EE P T h 4 r h ε p u h D a D e 5 6,8,9 11 12 13 1,2,3 _ h y Fig.2 Reglarea emperaurii la un schimbar de căldură a) schema ehnlgică cu aumaizări (cnsrucivă); b) schema blc Srucuri de siseme de reglare aumaa Cmandă în buclă deschisă (neaumaă) Q i LT Qe Fig.3. Cmanda Neaumaă a nivelului (reglarea in buclă deschisă)
Reglarea bipziţinală «sau nimic»(on - OFF) Q i ΝΙ u ε LCV Referina Η u LT ε T Qe a) b) Fig.4. Reglarea «sau nimic» a nivelului a) schema echnlgică cu aumaizări b) variaţia cmenzii u în funcţie de erarea ε a regularului Reglarea cninuă de ip prprţinal (fig. 5) Reglarea prprţinală ese cel mai frecven md de reglare şi se pae realiza în duă variane. a) Regular direc (nemijlci) (figura 5.a) Q i ND Q i NI LCV LCV I/P u a1) I/P u LIC b1) LT ε ε LT Qe Qe ε S a2) K ε S ε S b2) a) b) Fig.5. Reglarea de ip P în buclă închisă a nivelului: a) reglar direc a1) schema ehnlgică cu aumaizări; a2) răspunsul SRA; b) reglare indirecă sau prin regular: b1) schema ehnlgică cu aumaizări; b2) variaia lui in funcie de valrile facrului de amplificare K al regularului; c) răspunsul SRA la perurbaţie pe Q e Q e % % Q i % Pierdere in vlum c) Q i ε s
b) Reglarea indirecă (prin regular) (fig.5.b) Inrducerea regularului auma de nivel LIC elimină dezavanajele sisemului preceden, în sensul că reglajul se face după mărimea de referinţă. Regulaarele p fi cu acţinare direcă ( dacă ε u ) sau acţinare indirecă (reversibilă dacă ε u ). i ( ) u Q LCV NI y r y σ 1 σ = σ 4 1 σ = σ 16 Fig.6. Amrizarea sfer de ampliudine Reglarea cu cmpensarea perurbaţiilr (fig. 7) Perurbaţiile sun reprezenae de Qe şi Qi. În cazul ideal, variaţia debiului de ieşire Qe va cnduce la mdificarea debiului de inrare Qi penru sabilirea egaliăţii înre debie Qi=Qe. Q e % Qi NI FCV Q i % Crecie creca FT1 I/P % FIC (b1) ( p. ND) yr FT2 Qe Q i % % a) b) Fig.7. Reglajul cu cmpensarea perurbaţiilr schema ehnlgică cu aumaizări ; b) semnale din prces ( b1- cazul ideal; b2- cazul real) (b2) Rlul raducrului de debi FT2 ese de a asigura un semnal de crecţie a perurbaţiei asfel încâ debiul de ieşire Qe să fie creca înaine ca prcesul să fie
perurba efeciv. În cazul real exisă înârziere de la sesizarea mdificării debiului Qe până la mdificarea crespunzăare a debiului Qi. Aces lucru cnduce la sabilizare a semnalului cu erare saţinară. Reglarea în cascadă (fig. 8) Reglarea în cascadă îşi prpune menţinerea valrii de referinţă a paramerului regla şi eliminarea perurbaţiilr înaine de prpagarea lr în sisem. Se prpune srucură în cascadă cu duă regulaare : regularul principal (de nivel) LIC ese cu acţiune inversă, dearece la creşere a nivelului rebuie să-i crespundă scădere a debiului Qi ; regularul secundar (de debi) FIC ese cu acţiune inversă, aceasă acţiune fiind deerminaă de ipul vanei de reglare. Q i ND (NI) FCV FT I/P y Qi u FIC RA secundar y r2 =u LIC FIC a) y r1 LIC RA principal y LT Qe y r1 u LIC =y u FIC y Qi r2 y LIC FIC 1 (s) 2 (s) T mic T mare b) Fig.8. Reglarea aumaă în cascadă a nivelului (-Q i ) a) schemă ehnlgică cu aumaizări ; b) schema blc Cmprarea reglării în cascadă ese similară cu cea a unei reglări cu singură buclă de reglare, în sensul că rebuie să apară mai înâi erarea şi api va fi elabraă mărimea de cmandă care va încerca să resaureze mărimea măsuraă la valarea de referinţă. ( ) ( ) ( ) Q u u = y u FCV ND e LIC LIC r 2 FIC
Reglare în cascadă cu cmpensarea perurbaţiei cu legaură înaine (fig. 9) Q i ND (NI) FCV FT1 I/P y Qi u FIC FIC a) plarizare y r2 Σ LIC LT u LIC y y Qe FT2 Qe v (masurabil) v Rv y r R u v y v u R u y b) u y Fig.9. Reglarea aumaă în cascadă a nivelului, cu cmpensarea perurbaţiilr cu legăură înaine : a) schema ehnlgică cu aumaizări; b) schemă blc Legaura înaine ese necesară penru a minimiza variaţiile paramerului regla ca urmare a mdificării sarcinii Q e, deci a unui dezechilibru masic înre Q i şi Q e. Semnalul de cmpensare a perurbaţiei Q i da de raducrul de debi FT 1 se însumează cu ieşirea regularului de nivel LIC şi cu cea a semnalului de plarizare. Orice abaere de debi de inrare ese rezlvaă pe bucla de sabilizare a debiului ce include regularul de debi FIC. Dacă nivelul se află la valarea de referinţă, erarea ese zer şi regularul prprţinal va furniza un semnal de 50%. LIC va fi cu acţiune inversă, penru a furniza un semnal micşra regularului FIC la un nivel mare. Semnalul la raducrul FT 2 al debiului de ieşire Q e, şi cmanda regularului LIC u LIC se inrduc în sumar. La valarea de referinţa a nivelului, mărimea de cmandă a LIC nu rebuie să mdifice referinţa regularului de debi FIC. Penru a realiza aces lucru, sumarul va rebui să
ignre semnalul de cmandă de la LIC, crespunzar nivelului de 50%. Aces lucru se bţine flsind semnalul de plarizare (cnsan) de -50%. Indiferen de flucuaţiile inrării FIC va regla debiul de inrare Qi în funcie de y r2. Aces sisem işi găseşe aplicabiliaea la reglarea nivelului în generaarele de abur. Reglarea numerică direcă (DDC)(fig. 10) Reglarea numerică (fig. 10) cnsă în înlcuirea regulaarelr aumae de ip analgic cu aparaură numerică (calculaare numerice sau micrcnrlere numerice). Aces fap permie flsirea unr algrimi evluaţi de cnducere şi cmandă a mai mulr prcese de căre un singur echipamen. CALCULATOR NUMERIC Q i ND (NI) Uniae de cnrl FT1 I/P FCV Uniae arimeica si lgica Memrie 0 CNA CAN DMUX MUX LT FT2 Qe Fig.10. Reglarea numerică direcă Mărimile măsurae cu raducare analgice sun cnverie în semnale numerice prin cnverrul analg numeric (CAN). Selecarea unui canal unic pe CAN se face cu un muliplexr MUX afla în subrdinea uniăţii de cnrl. Semnalul numeric ese recu api prinr-un dispziiv de exraplare, de bicei de rdinul zer, care reţine valarea mărimii măsurae înre duă mmene de eşaninare. După prelucrarea semnalelr cnfrm legii de reglare, cmanda la venilul de reglare se ransmie prin cnverrul numeric analgic (CNA) şi prin demuliplexrul DMUX.
Srucură cu RA amne (înaine) v y r2 R2 P 2 P 12 P y R1 11 r1 y Fig.11. SRA cu RA amne Srucuri cu mărimi ajuăare i) Mărime de reglare ajuăare z 1 z 2 y r R 1 u y P 1 P 2 y R Regular ajuar Fig.11. Srucură de SRA cu mărime reglaă ca mărime ajuăare ii) Mărime de execuţie ajuăare y r ε R 1 u 1 u 2 P 1 P 2 y R u Fig.12. Srucură de SRA cu mărime de execuţie ca mărime ajuăare Cnducere cu predicţie după referinţă Rr y r ε R y Fig.13. SRA cu predicţie după referinţă
Fig. 14. Arhiecura generala a unui DCS Fig. 15. Sluii penru dispunerea spaiala a circuielr de masura, semnalizare, cmanda si reglare a unui prces uilizand camera de cmanda cenrala penru cnducerea peraiva
Fig. 16. Planul unei camere cenrala de cnducere peraiva a unui prces cu siseme infrmaice Fig. 17. Campurile de vedere si de bservaie a unui perar dinr- camera de cmanada cenrala sabilie cnfrm nrmelr anrpmerice