Funcționarea SRA cu elemente de execuție pneumatice - succesiunea fazelor procesului automatizat

Funcționarea SRA cu elemente de execuție pneumatice - succesiunea fazelor procesului automatizat

Automatica cuprinde totalitatea metodelor si a mijloacelor tehnice prin care se stabilesc legaturi corespunzatoare intre instalatiile tehnologice, dispozitive anume introduse, astfel incat conducerea proceselor de productie sa se desfasoare fara interventia directa a omului.

Principalele avantaje ale automatizarii constau in:

cresterea productivitatii muncii;

imbunatatirea calitatii muncii;

reducerea efortului intelectual depus de oameni in cadrul procesului de productie.

In structura oricarei instalatii automatizate se disting: instalatia tehnologica, dispozitivul de automatizare.

Automatizarea proceselor de productie se realizeaza prin sisteme automate, formate din elemente componente, care se realizeaza in schemele functionale, simbolizate printr-un dreptunghi (fig.1).

Prin Sistem de Reglare Automata (SRA) se intelege un sistem realizat astfel incat intre marimea de iesire si marimea de intrare se realizeaza automat, fara interventia omului, o relatie functionala care reflecta legea de conducere a unui proces.

Elementul de comparatie (EC) are rolul de a compara permanent marimea de iesire a instalatiei tehnologice cu o marime de acelasi fel cu valoare prescrisa (considerata constanta), rezultatul comparatiei fiind semnalul de eroare

Regulatorul automat (RA) are rolul de a efectua anumite operatii asupra marimii primita la intrare, respectiv are rolul de a prelucra aceasta marime dupa o anumita lege, numita lege de reglare, rezultatul fiind marimea Xc aplicata ca marime de comanda elementului de executie.

Elementul de executie (EE) are rolul de a interveni in functionarea instalatiei tehnologice pentru corectarea parametrilor reglati conform marimii de comanda transmise de RA.

Instalatia tehnologica (IT) este in cazul general un sistem supus unor actiuni externe numite perturbatii si actiunii comenzii generate de RA a carui marime de iesire este astfel reglata conform unui program prescris.

Traductorul (Tr) este instalat pe bucla de reactie negativa are rolul de a transforma marimea de iesire a IT de regula intr-un semnal electric aplicat EC.

Fig.1. Modelul structural al unui sistem de reglare automata

Elementele componente ale schemei unui SRA:

E.C. - element de comparatie;

R.A. - regulator automat;

E.E. - element de executie;

I.T. - instalatie tehnologica;

Tr - traductor.

Marimi care intervin in schema de elemente a unui SRA:

U - marime de intrare a sistemului;

- semnalul de eroare;

Y_r - marime de reactie;

X_c - marimea de iesire a regulatorului automat;

X_m - marime de intrare a instalatiei tehnologice;

Y - marime de iesire a sistemului (a instalatiei tehnologice);

P - perturbari.

Elementele de executie sunt componente ale sistemelor automate care primesc la intrare semnale de mica putere de la blocul de conducere si furnizeaza marimi de iesire, in marea majoritate a cazurilor, de natura mecanica (forte, cupluri) capabile sa modifice starea procesului in conformitate cu algoritmul de conducere stabilit.

Fig.2. Schema bloc a unui SRA

Elementul de executie este format din doua parti distincte: motorul de executie (ME) sau element de acționare (EA) si organul de executie (OE) sau organ de reglare (OR).

Elementul de actionare are rolul de a transforma semnalul de comanda, primit de regulator intr-un cuplu de forta cu care actioneaza asupra organului de reglare.

Organul de reglare este elementul care intervine in instalatia tehnologica, modificand sub actiunea fortei sau cuplului  generat de servomotor, cantitatile de material sau energie necesare procesului.

Marimea de iesire a organului de reglare este, de regula, sub forma unei deplasari liniare sau unghiulare.

Relatia care se stabileste intre marimile m de la iesirea elementului de executie (EE) (marimea de executie) si c marimea de intrare a EE (provenita de la regulator) defineste comportarea EE in regim stationar. Raportul dintre aceste marimi, pentru orice valoare a lui c, ar fi ideal sa fie constant, dar intervin in cursul functionarii EE anumiti factori care influenteaza marimea m (frecari, reactii ale mediului ambiant, greutati neechilibrate etc.).

Exista cazuri cand trecerea de la regulator la EE trebuie adaptata, folosind un convertor care transforma marimea de comanda, de exemplu din electrica in hidraulica, daca intrarea in EE trebuie sa fie hidraulica. EE poate actiona asupra modificarii de energie in doua moduri:

Continuu, daca marimea m poate lua orice valoare cuprinsa intre doua valori limita;

Discontinuu, daca marimea m poate fi modificata numai pentru doua valori limita (dintre care cea inferioara este in general zero

Actionarea electrica a organelor de executie se realizeaza cu electromagneti sau cu motoare electrice de curent continuu sau de curent alternativ.

Elementele de executie pneumatice cu membrana transforma energia potentiala a aerului sub presiune in energia mecanica la deplasarea liniara a unui organ de executie cu care se face interventia in procesul automat.

Alimentarea elementelor de executie pneumatice se face cu energie de la regulatoarele pneumatice (0.2 ÷ 1 bar), sau electronice, prin intermediul convertorului electro-pneumatic.

Elementele de execuție pneumatice sunt formate din motor de execuție (SP - servomotorul pneumatic) și organul de execuție (OE) ( fig.3).

Marimea de intrare x_c este o presiune care provine de la un regulator sau un convertor și are ca marime de ieșire deplasarea x_m a tijei robinetului. Supapa 6 realizeaza inchiderea robinetului in funcție de deplasarea axului 5. Aceasta inchidere depinde și de profilul supapei.

Motoarele de executie pneumatice se folosesc foarte mult pentru ca prezinta urmatoarele avantaje:

Fluidul folosit (aerul) nu prezinta pericol de incendiu;

Dupa utilizare, aerul este evacuat in atmosfera, nefiind necesare conducte de intoarcere ca la cele hidraulice;

Pierderile de aer in anumite limite, datorate neetansietatii, nu produc deranjamente;

Sunt simple, robuste, sigure in functionare si necesita cheltuieli de intretinere reduse.

Dezavantajele acestor motoare sunt urmatoarele:

Viteza de raspuns este mica (in medie 1/3 - 1/4 din viteza de raspuns a motoarelor hidraulice);

Precizia motoarelor pneumatice este redusa.

Se recomanda folosirea servomotoarelor pneumatice in cazurile cand: servomotorul are greutate redusa, temperatura mediului ambiant este ridicata;

Mediul ambiant este exploziv;

Nu se cer viteze de lucru mari.

Motoarele pneumatice pot fi liniare sau rotative. Cele liniare se pot realiza cu piston sau cu membrana.

Structura complexa, a unui element de executie pneumatic se compune din: 1

servomotor pneumatic; 2 amplificator pneumatic; 3 traductor de pozitie; 4 element sensibil; 5 organ de executie (fig. 4).

Fig.4. Structura unui element de executie pneumatic

In figura 5 este prezentata schema de reglare automata a debitului de fluid printr-un robinet cu ajutorul unui element de execuție pneumatic cu membrana (in figura nu s-a mai desenat și corpul robinetului). Resortul 6 și axa x a robinetului constituie in acest sistem procesul reglat P. Elementul de masurare (traductorul) pentru marimea reglata x este format din parghia 1 și resortul 2. Marimea de intrare in sistem este c.

Elementul de comparație este format din extremitatea libera a burdufului 3. Asupra burdufului acționeaza pe de o parte o forța S_bc, in care S_b este suprafața burdufului, iar pe de alta parte forța resortului 2 proporționala cu deplasarea x. Deplasarea clapetei 4 in fața ajustajului 5 va fi proporționala cu c - x (marimea de eroare). In acest sistem regulatorul, constituit din amplificatorul A, este de tip proporțional și este alimentat cu aer comprimat la o presiune P_a. Presiunea p de la ieșirea din amplificator este marimea de comanda, iar marimea de execuție este Sp, in care S este suprafața utila a diafragmei.

Marimea de ieșire a acestui sistem este x care tinde sa devina egala cu c. Datorita faptului ca regulatorul este de tip proporțional va apare o abatere staționara care depinde de amploarea marimilor de perturbație care acționeaza asupra axului pistonului. Abaterea staționara poate fi neglijata chiar in cazul unor limite foarte largi ale perturbațiilor care apar in procesul de reglare in care s-a introdus un robinet cu poziționer (supapa).

Fig.5. Reglarea automata cu element de execuție pneumatic

Schema bloc a reglarii cu element de execuție pneumatic este prezentata in figura 6.

Fig.6. Schema bloc a reglarii

Dintre aceste elemente, amplificatorul de putere, elementul sensibil si traductorul de pozitie, care sunt atasate servomotului pneumatic, formeaza pozitionerul. Pentru a fi studiata comportarea elementului de executie in ansamblul sistemului de reglare este necesar sa se stabileasca relatia ce leaga marimea Xm de marimea Xc (pentru elementul de executie pneumatic cu membrana, Xc este o presiune). Elementele de actionare pneumatica se construiesc in doua variante: cu membrana si cu piston. Dupa cum aerul sub presiune poate sa actioneze pe o singura fata sau pe ambele fete ale membranei elastice, deosebim elemente de executie proportionale sau integrale.

La cresterea presiunii de comanda (pc) va creste presiunea in camera (1), dar in acelasi timp are loc si o variatie de volum a acestei incinte dupa o relatie de forma:

Schema pneumatica este reprezentarea grafica a instalației pneumatice care echipeaza o masina oarecare cu are rolul de a facilita ințelegerea funcționarii din punct de vedere pneumatic.

Schema pneumatica poate fi privita ca o structura formata din 5 nivele (figura), fiecare etaj conținand o anumita categorie de elemente pneumatice.

1) Elementele ce asigura alimentarea  instalației cu energie pneumatica la parametrii ceruți de sistem: presiune, debit, filtrare, ungere.

2) Elementele de comanda permit dialogul om-masina: comenzi de pornire-oprire, selectare pentru diferite funcții sau moduri de lucru. Aceste elemente sunt grupate intr-un panou de comanda, separat sau lipit de instalației.

3) Elementele de procesare: asigura procesarea (interpretarea și distribuirea) semnalelor primite in instalație: atat a celor de comanda, provenite de la tabloul de comanda, cat și a celor de reacție, care sunt de obicei semnale ce ofera informații despre starea mașinii și / sau a procesului tehnologic desfașurat. Ele prelucreaza semnalele fie unitar, fie in anumite combinații, realizand diferite funcții logice: DA, NU, SI, SAU, NON SI, temporizare, memorie, etc.  

4) Elementele de comanda finala: sunt echipamente de distribuție a energiei pneumatice și reprezinta etajul din care semnalele de comanda sunt injectate direct elementelor de execuție: motoare liniare, rotative, oscilante, unitați de vidare, manipulatoare.

5) Elementele de execuție (actuatoarele) echipamente care convertesc energia de presiune a agentului de lucru in energie mecanica pentru efectuarea de lucru mecanic.

Sugestii metodologice:

UNDE PREDAM?

Continutul poate fi predat in laborator sau intr-o sala dotata cu calculator și videoproiector.

CUM PREDAM?

Se poate utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, simulari pe echipamente, PC-uri și A.P.

Se recomanda utilizarea fiselor de lucru pentru elevi la activitatile de fixare a noilor cunostinte.

Prezentarea conținuturilor se poate face prin expunere, conversatie euristica, problematizare, demonstrație, observatie dirijata etc.

Se recomanda efectuarea de lucrari de laborator pentru determinarea succesiunii fazelor procesului automatizat.

ORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizata frontal sau pe grupe de 2 - 6 elevi, in functie de nivelul clasei.

EVALUAREA CUNOSTINTELOR:

 Evaluarea se poate realiza prin fise de evaluare individuale in care elevul sa determine succesiunea fazelor unui proces automatizat.