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

Prin sistem automat de acționare hidraulica (sau sistem hidraulic de reglare automata) se ințelege prin urmare orice dispozitiv sau instalație care realizeaza pe cale hidraulica și in mod automat o dependența funcționala intre marimea de ieșire (parametru controlat: deplasarea, presiunea, debitul etc.) și marimea de intrare (programatoare sau perturbatoare).

Caracteristicile statice principale ale elementelor de actionare hidraulice sunt caracterizate de viteza si de forta care determina viteza de iesire si forta dezvoltata de motorul de executie in functie de elementul de comanda. Folosind presiuni inalte se pot comanda EE pana la 200m, fara pierderi importante de presiune. Deosebit de eficienta este hidraulica atunci cand trebuie actionate, in acelasi timp, mai multe EE (de exemplu: macazurile folosite in transporturi etc.).

In instalatiile de automatizare se folosesc, in majoritatea cazurilor, motoare hidraulice cu piston, care pot fi cu: miscare liniara și miscare de rotatie.

Elementele de actionare hidraulica se construiesc in trei variante: cu piston, cu membrana si cu organe rotative. Primele doua tipuri se realizeaza in constructie cu cilindru fix sau cu piston fix si sunt asemanatoare celor pneumatice, iar cele cu organe rotative sunt de tipul biela-manivela sau de tipul cu paleta rotativa.

Servomotorul cu paleta rotativa determina o miscare de rotatie a axului de iesire pe care este montata paleta, sub influenta presiunii lichidului asupra suprafetei paletei.

Avantajele elementelor hidraulice fata de cele pneumatice constau in posibilitatea utilizarii lor in medii explozive sau inflamabile, precum si in faptul ca dezvolta o forta de actionare mai mare si actioneaza mai rapid datorita incompresibilitatii uleiului.

Ambele sisteme (hidraulice si pneumatice) necesita instalatii speciale de producere si conservare a uleiului sub presiune, aerului comprimat, ceea ce reprezinta un dezavantaj fata de cele electrice. Datorita acestor considerente, au aparut elemente de actionare mixte (electrohidraulice, hidropneumatice, etc) care imbina avantajele fiecarui sistem.

Prin automatizarea proceselor de productie se urmareste eliminarea interventiei directe a omului in aceste procese, asigurandu-se desfasurarea lor in conformitate cu anumite cerinte impuse, fara interventia operatorului.

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.

Instalatia tehnologica cuprinde ansamblul utilajelor in care se desfasoara procesul tehnologic, iar dispozitivul de automatizare reprezinta totalitatea elementelor care asigura automatizarea instalatiei tehnologice. Instalatia tehnologica impreuna cu dispozitivul de automatizare formeaza sistemul automat.

Cele mai simple sisteme automate sunt sistemele de comanda automata; un asemenea sistem este reprezentat in figura 1, unde:

S1 (IT) - instalatia tehnologica:

S2 - dispozitivul de automatizare.

Fig.1. Sistem de comanda automata

Semnalele (curenti sau tensiuni) care apar la iesirile sau intrarile blocurilor din sistem sunt: u - marimea de comanda;

m - marimea de executie;

y - marimea de iesire.

Modificarea marimii de iesire y se obtine prin modificarea marimii de comanda u fara interventia directa a operatorului uman asupra instalatiei tehnologice.

In realitate, legea de dependenta a marimii de iesire in functie de marimea de intrare, y=f(u), poate fi afectata de diferite marimi perturbatoare. Efectul acestor marimi perturbatoare, notate cu P1 si P2 in figura 1, nu poate fi corectat de catre un sistem de comanda si se impune, de aceea, efectuarea unei comparatii intre marimea de intrare si marimea de iesire. Sistemul din figura 1 devine astfel cel din figura 2 in care, pe langa marimile si blocurile deferite anterior mai intervin:

EC - elemental de comparatie;

r - marimea de referinta;

e - abaterea.

Fig.2. Sistem de reglare automata

In elementul de comparatie se calculeaza diferenta (abaterea e) intre marimea de referinta r si marimea de iesire y (e = r - y), iar intregul sistem automat actioneaza astfel incat sa micsoreze cat mai mult abaterea e. Legatura de la iesire la elemntul de comparatie se numeste legatura de reactie si cand y este o marime electrica, aceasta legatura este pur si simplu un conductor.

Atunci cand marimea de iesire se scade din marimea de referinta, reactia se numeste negativa. Daca elementul de comparatie s-ar fi obtinut nu diferenta ci suma dintre marimile y si r, reactia s-ar fi numit pozitiva. In sistemele automate reactia este totdeauna negativa.

In concluzie, sistemele de reglare automata (SRA) asigura o anumita variatie in timp a uneia sau a mai multor marimi de iesire y1..ym ale instalatiei tehnologice in functie de evolutia in timp a uneia sau a mai multor marimi de intrare r1rm (fig.3). Ele sunt descrise cu ajutorul unei scheme de elemente (schema functionala sau schema unui bloc). Elementul unui sistem automat (elementul de automatizare) este o parte componenta a unui sistem automat care indeplineste o functie de sine statatoare.

Fig.3. Sistem de reglare automata cu mai multe intrari si mai multe iesiri

Principalul avantaj al sistemelor de reglare fata de sistemele de comanda automata constata in faptul ca influenta perturbatiilor asupra marimii de iesire y este mult redusa. Astfel sa preupunem ca din cauza unor perturbatii, turația motorului creste peste valoare dorita. Tensiunea data de tahogenerator creste, iar diferenta dintre tensiunea data de potentiometru si tensiunea data de tahogenerator va scadea. In consecinta, tensiunea de la iesirea amplificatorului se va micsora.

Marea diversitate a sistemelor hidraulice de reglare automata - pentru controlul automat al celor mai diferite marimi fizice: viteze, forțe, temperaturi, turații, nivele etc. dar mai ales deplasari - nu impiedica totuși formarea unei concepții unice de clasificare și tratare, bazata pe identitatea de structura a tuturor acestor sisteme, figura 4.

Fig.4. Sistem hidraulic de reglare automata

Mecanismul acționat M - asupra caruia se exercita marimea de intrare perturbatoare p - primește semnalul de ieșire z de la un organ hidraulic de execuție E, care transmite totodata și un semnal de reacție r la comparatorul C. Acesta compara starea execuției (r) cu starea marimii de intrare de comanda (programatoare) i, eroarea a dintre acestea (a = i - r) fiind aplicata asupra distribuției D (o servovalva sau o valva proporționala). Scoaterea din poziția neutra a plunjerului servovalvei, sub acțiunea erorii a, permite sursei hidraulice S sa alimenteze organul de execuție E, care modifica starea mecanismului acționat pana in momentul in care marimea z corespunde marimii i, respectiv a = i - r = 0.

Elementele cele mai caracteristice care dirijeaza clasificarea sistemelor hidraulice de reglare automata:

a) Variabila de intrare. In cazul in care intrarea de comanda i variaza dupa un program stabilit, iar intrarea perturbatoare i are o variație mai degraba intamplatoare, sistemul hidraulic de reglare automata este numit, convențional, progamator automat. In opoziție cu acesta, sistemul la care i reprezinta o valoare fixa, de referința, iar pentru p se prelimineaza variații pe care sistemul trebuie sa le inlature in vederea menținerii permanente a unei ieșiri z constante - la nivelul prescris de i - sistemul hidraulic de reglare automata este numit, de asemenea convențional, regulator automat.

b) Variabila de ieșire. In funcție de natura parametrului reglat, pot fi intalnite programatoare sau regulatoare de viteza, moment, deplasare, putere, temperatura etc.

c) Variabila de reacție. In cazul in care variabila r se manifesta local, sistemul hidraulic de reglare automata este, de fapt un amplificator hidraulic. Invers, daca variabila r este prelevata de la nivelul mecanismului acționat, sistemul hidraulic de reglare automata devine un servosistem bazat pe folosirea unei servovalve, care regleaza automat poziția mecanismului acționat, sau prin folosirea unei servopompe care regleaza automat viteza mecanismului acționat.

d) Natura variabilelor de intrare - reacție. Sub acest aspect, sistemele hidraulice de reglare automata pot fi mecanice (i și r sunt marimi mecanice sau manuale), electrice (i și r sunt marimi electrice) sau electromecanice (i marime electrica și r marime mecanica, sau invers).

Sugestii metodologice:

UNDE PREDAM?

Continutul poate fi predat in laborator sau intr-o sala care are videoproiector.

CUM PREDAM?

Se poate utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, planse tematice.

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

Prezentare prin expunere, conversatie euristica, problematizare, demonstrație, observatie dirijata etc.

Se recomanda efectuarea unei lucrari de laborator pentru cunoașterea principiului de funcționare a unui sistem de reglare automata cu echipamente de execuție hidraulice.

ORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizata frontal sau pe grupe de 4 - 6 elevi, in functie de nivelul clasei.

EVALUAREA CUNOSTINTELOR:

Se realiza prin fise de evaluare individuala in care elevul sa recunoasca fazele unui proces automatizat cu elemente de execuție hidraulice.

IV. Fisa rezumat

Numele elevului

Numele profesorului: _____ _______ ______ __________

• Competente care trebuie dobandite

Aceasta fisa de inregistrare este facuta pentru a evalua, in mod separat, evolutia legata de diferite competente. Acest lucru inseamna specificarea competentelor tehnice generale si competentelor pentru abilitati cheie, care trebuie dezvoltate si evaluate. Profesorul poate utiliza fisele de lucru prezentate in auxiliar si/sau poate elabora alte lucrari in conformitate cu criteriile de performanta ale competentei vizate si de specializarea clasei.

• Activitati efectuate si comentarii

Aici ar trebui sa se poata inregistra tipurile de activitati efectuate de elev, materialele utilizate si orice alte comentarii suplimentare care ar putea fi relevante pentru planificare sau feed-back.

• Prioritati pentru dezvoltare

Partea inferioara a fisei este conceputa pentru a mentiona activitatile pe care elevul trebuie sa le efectueze in perioada urmatoare ca parte a viitoarelor module. Aceste informatii ar trebui sa permita profesorilor implicati sa pregateasca elevul pentru ceea ce va urma.

• Competentele care urmeaza sa fie dobandite

In aceasta casuta, profesorii trebuie sa inscrie competentele care urmeaza a fi dobandite. Acest lucru poate implica continuarea lucrului pentru aceleasi competente sau identificarea altora care trebuie avute in vedere.

• Resurse necesare

Aici se pot inscrie orice fel de resurse speciale solicitate: manuale tehnice, retete, seturi de instructiuni si orice fel de fise de lucru care ar putea reprezenta o sursa de informare suplimentara pentru un elev care nu a dobandit competentele cerute.

Nota: acest format de fisa este un instrument detaliat de inregistrare a progresului elevilor. Pentru fiecare elev se pot realiza mai multe astfel de fise pe durata derularii modulului, aceasta permitand evaluarea precisa a evolutiei elevului, in acelasi timp furnizand informatii relevante pentru analiza.

V. Bibliografie

Anton, V. ș.a. (1978). Hidraulica și mașini unelte. București: Editura Didactica și Pedagogica

Dobrescu, T. (1998). Bazele Cinematicii Roboților Industriali. București: Ed. Bren

Dobrescu, T. (2003). Incercarea si Receptia Robotilor Industriali. București: Ed. Bren

Dorin, Al. Dobrescu, T. Bucuresteanu, A. (2007). Actionarea Hidraulica a Robotilor Industriali. București: Ed. Bren

Dorin, Al. Dobrescu, T. (2002). Actionarea Pneumatica a Robotilor. București: Ed. Bren

Dorin, Al. Bendic, V. Dobrescu, T. (2002). Roboti Industriali in Constructie Modulara. București: Ed. Bren

Dumitrache, I. ș.a. (1982). Automatizari si echipamente electronice. București: Editura Didactica și Pedagogica

Dumitrache, I. (1980). Tehnica reglarii automate. Bucuresti: Editura Didactica și Pedagogica

Dumitrache, I. ș.a. (1993). Automatizari electronice. Bucuresti: Editura Didactica și Pedagogica

Enciu, G. (2008). Sisteme de Alimentare - Transport - Transfer. București: UPB

Garlasu, Șt. s.a. (1982). Electronica si automatizari industriale. București: Editura Didactica si Pedagogica

Hilohi, S. s.a. (2004). Elemente de comanda si control pentru actionari si sisteme de reglare automata. București: Editura Didactica si Pedagogica

Ionescu, C. (1982). Automatizari. Bucuresti: Editura Didactica și Pedagogica

Ivan, M. ș.a. (1980). Mașini unelte și control dimensional. București: Editura Didactica și Pedagogica

Lazea, Gh. (1982). Echipamente de automatizare pneumatice si hidraulice -indumator de laborator. Cluj - Napoca: Lito IPCN

Mares, Fl. s.a. (2002). Elemente de comanda si control pentru actionari si sisteme de reglare automata. București: Editura Economica - Preuniversitria

Mazilu, I. ș.a. (1982). Sisteme hidraulice automate. București: Editura Academiei Republicii Socialiste Romania

Marinoiu, V. (1980). Robinete de reglare. Bucuresti: Editura Didactica și Pedagogica

Nițu, C. ș.a. (1983). Echipamente electrice si electronice de automatizare. Bucuresti: Editura Didactica și Pedagogica

Nicolescu, A. (2008). Implementarea Robotilor Industriali in Sistemele de Productie. București: UPB

Popescu, Șt. ș.a. (1977). Acționari și automatizari. București: Editura Didactica și Pedagogica

Tertisco, M. ș.a. (1992). Automatizari industriale continue. București: Editura Didactica si Pedagogica