nvmntul profesional i tehnic n domeniul TICProiect cofinanat din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007-2013Beneficiar Centrul Naional de Dezvoltare a nvmntului Profesional i Tehnicstr. Spiru Haret nr. 10-12, sector 1, Bucureti-010176, tel. 021-3111162, fax. 021-3125498, vet @ tvet.ro SISTEME DE REGLARE AUTOMATMATERIAL DE PREDARE PARTEA A II-ADomeniul: Electronic automatizriCalificarea: Tehnician n automatizriNivel32009AUTOR:ing. DIACONU GABRIELA profesor grad didactic I,Grup colar de Chimie Costin Neniescu, BucuretiCONSULTAN:IOANA CRSTEA expert CNDIPTZOICA VLDU expert CNDIPTANGELA POPESCU expert CNDIPTDANA STROIE expert CNDIPTAcest material afost elaborat ncadrul proiectuluinvmntul profesional i tehnicn domeniul TIC, proiect cofinanat din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007-20132CuprinsI.Introducere....................................................................................................................... 4 II.Documente necesare pentru activitatea de predare ...................................................... 6 III.Resurse..........................................................................................................................7 Tema 1. Regulatoare automate......................................................................................... 7 Fia 1.1. Noiuni generale.Locul i rolul regulatorului automat n sistemul de reglare automat..................................................................................................................... 7 Fia 1.2. Clasificarea regulatoarelor automate....................................................... 10 Fia 1.3. Rspunsul regulatoarelor automate la semnalul treapt unitar .............16 Tema 2. Legi de reglare .................................................................................................. 28 Fia 2.1. Obinerea legilor de reglare tipizate .......................................................... 28 Tema 3. Obinerea legilor de reglare pentru regulatoare automate electronice i mecanice......................................................................................................................... 38 Fia 3.1. Regulatoare automate electronice liniare .................................................38 Fia 3.2. Regulatoare automate electronice neliniare ............................................ 47 Fia 3.3. Regulatoare automate pneumatice .......................................................... 56 Fia 3.4. Regulatoare automate hidraulice............................................................. 64 IV. Fia rezumat ............................................................................................................... 71 V. Bibliografie................................................................................................................... 72 3I.IntroducereMaterialeledepredarereprezintoresurssuport pentruactivitateadepredare, instrumente auxiliare care includ un mesaj sau o informaie didactic.Prezentulmaterialde predare se adreseaz cadrelor didactice care predau n cadrul liceelor tehnologice, domeniulElectronic automatizri, calificareaTehnician n automatizri.Materialul afost elaborat pentrumodululSistemedereglareautomat, carese parcurge n 93 ore, n urmtoarea structur: Activiti de predare -62 oreLaborator tehnologic -31 oreCompetene vizate/ rezultate ale nvriiTem Fi suportPrezint funcionarea elementelor componente ale unui sistem de reglare automatTema 1 Regulatoare automateFia1.1. Noiuni generale despre regulatoare automateFia1.2.Clasificarea regulatoarelor automateStabilete legea de reglare dup care funcioneaz un regulator automatTema 1 Regulatoare automateFia1.3.Rspunsul regulatoarelor automate lasemnalul treapt unitar Tema 2Legi de reglareFia2.1.Obinerea legilor de reglare tipizateTema 3. Obinerea legilor de reglare pentru regulatoare automate electronice i mecaniceFia 3.1. Regulatoare automate electronice liniare Fia 3.2. Regulatoare automate electronice neliniareFia 3.3. Regulatoare automate pneumatice Fia 3.4. Regulatoare automate hidraulice 4Temele din prezentul Material de predare nu acoper toate coninuturile prevzute n curriculum-ul pentru modululSisteme de reglare automat. Pentruparcurgereaintegralamodulului, nvedereaatingerii competenelor vizate /rezultate ale nvarii, profesorul va avea n vedere i materialele de predare: Sisteme de reglare automat partea I Sisteme de reglare automat partea a III-an funcie de particularitile grupului instruit, nivelul de cunotine anterioare, ritmul de asimilareacunotinelor i formareadeprinderilor, nfunciededificultateatemei abordateicomplexitateamaterialuluididacticimplicat nstrategiadidactic, cadrele didactice au posibilitatea de a decide asupra numrului de ore alocat fiecrei teme.Sugestiile metodologice aferente fiecrei teme nu trebuie absolutizate sau nelese ca scheme imuabile, abloane obligatorii. Cadruldidactic are libertatea de a inova, de a perfecionacontinuuactivitateadidactic, deacombinadiferiteleformedeactiviti pentruaatingect mai binerezultatelenvrii ntr-omanierct mai atractivi stimulatoare. Profesorulare posibilitatea de a gsi cele mai adecvate i mai eficiente modaliti de organizare a lucrului n clas n funcie de rezultatele vizate i de specificul inivelul elevilor. Prin diferite procedee didactice sau forme de activitate se pot construi alternative pentru aceeai tem, cu aceleai coninuturi i competene vizate, n funcie de particularitile grupului instruit. Construirea unei strategii didactice adecvate interesuluielevilor iniveluluilor de pregtire reprezint din acest punct de vedere o provocare continu i un efort permanent de creativitate didactic din partea profesorului.5II.Documente necesare pentru activitatea de predarePentru predarea coninuturilor abordate n cadrul materialului de predare, cadrul didactic are obligaia de a studia urmtoarele documente: Standardul de Pregtire Profesionalpentru calificarea Tehnician n automatizri, nivelul 3 www.tvet.ro, seciunea SPP sau www.edu.ro , seciunea nvmnt preuniversitar Curriculumpentru calificarea Tehnician n automatizri, nivelul 3 www.tvet.ro, seciunea Curriculum sau www.edu.ro , seciunea nvmnt preuniversitarAlte surse : Adscliei, Adrian. (2007).Instruire asistat de calculator. Didactic informatic. Iai:Editura Polirom6III.ResurseTema 1. Regulatoare automateFia 1.1. Noiuni generale.Locul i rolul regulatorului automat n sistemul de reglare automatRegulatorul automat(RA)arerolul dea prelucraoperaional semnalul deeroare (obinut in urma comparaiei liniar aditive a mrimii de intrare xi i a mrimii de reacie xrn elementulde comparaie) ide a da la ieire un semnalde comand xcpentru elementulde execuie. Este plasat pe calea direct, ntre elementulde comparaie i elementul de execuie, conformschemei bloc a sistemului de reglare automat reprezentat n figura 1. Informaiile curente asupra procesului automatizat se obin cu ajutorul traductorului de reacie TR i sunt prelucrate de regulatorulautomat RA n conformitate cu o anumit lege care definete algoritmul de reglare automat (legea de reglare). Implementarea unei anumite legi de reglare se poate realiza printr-o varietate destul de larg a construciei regulatorului, ca regulator electronic, pneumatic, hidraulic sau mixt. Alegerea unei anumite soluii constructive se face lund n considerare factori tehnico-economici.Cu toate c exist o mare varietate de regulatoare, orice regulator va conine urmtoarele elemente componente (figura 2.):- amplificatorul (A)- elementul de reacie secundar (ERS) - elementul de comparare secundar (ECS)7pxexc-xrxi +ECRA EE+ITTRfig. 1. Schema bloc a sistemului de reglare automatAmplificatorul (A) este elementul de baz. El amplific mrimea 1 cu un factor KR, deci realizeaz o relaie de tipul:( ) ( ) t K t xR c 1 ,unde KR reprezint factorul de amplificare al regulatorului.Elementul de reacie secundar ERS primete la intrare mrimea de comand xc (de la ieirea amplificatorului) i elaboreaz la ieire un semnal xrs denumit mrime de reacie secundar. ERS este de obicei un element care determin o dependen proporional ntre xrs i xc.Elementul decompararesecundar(ECS)efectueazcontinuucomparareavalorilor abaterii i a lui xrs dupa relatia: ( ) ( ) ( ) t x t trs 1Din punct de vedere constructiv regulatorul automat include de obicei i elementul de comparaie ECal sistemului de reglare automat. n cazul sistemelor dereglare unificate,electronice saupneumatice, el poate includeidispozitivulde prescriere a referinei.Regulatorulpoate avea o structur maicomplicat. De exemplu, la unele regulatoare existmai multeetajedeamplificare, laalteleexistmai multereacii secundare necesare obinerii unor legi de reglare mai complexe.xcECSERSA11xrs+-fig.2. Schema bloc a unui regulator automat89SUGESTII METODOLOGICECU CE?folii transparente cu schema bloc a unuiSRA i schema bloc a unui regulator automatretroproiector, videoproiectorprezentare multimediaCUM?metode de nvmnt: expunereconversaie euristicorganizarea clasei: frontalUNDE?sala de claslaborator tehnologicTema 1. Regulatoare automateFia 1.2. Clasificarea regulatoarelor automate Se poate face dup mai multe criterii.1. n funcie de sursa de energie exterioar folosit, acestea se clasific n: regulatoareautomatedirecte funcioneaz fr o surs de energie exterioar, transmiterea semnalului realizndu-se pe seama energiei interne preluat direct din proces prin intermediul traductorului de reacie; regulatoareautomateindirectenecesitosursdeenergieexterioar pentru acionarea elementului de execuie. Sunt cele mai utilizate regulatoare care permit obinerea unor caracteristici funcionale mai complexe i performane superioare regulatoarelor directe.2. Dup viteza de rspuns exist: regulatoareautomatepentru procese rapidefolosite pentru reglarea automat a parametrilor proceselor cu rspuns rapid, caracterizate de constante de timp mici (mai mici de 10 s), ca de exemplu procesele de tip acionri electrice. regulatoare automate pentru procese lente folosite atunci cnd constantele de timp ale instalaiei sunt mari (depesc 10 sec), situaie frecvent ntlnit n cazul proceselor avnd ca parametri temperaturi, presiuni, debite, nivele etc.3. Dup tipul aciunii regulatoarele pot fi: regulatoare automate cu aciune continu- sunt cele in care mrimile (t) i xc(t) variaza continuu in timp; regulatoare automate cu aciune discontinu sau discret, la care cel puin unadinmrimile(t) i xc(t) variazdiscontinuuntimp, deexempluca trenuri de impulsuri (modulate n amplitudine sau durat). n aceast categorie intr regulatoarele bi sau tripoziionale, la care (t) variaz continuu dar xc(t) poate lua un numr limitat de valori n raport cu eroarea.Regulatoarele cu aciune continu la rndul lor pot fi:o regulatoareautomateliniaredacdependenadintreceledoumrimi este liniar;o regulatoareautomateneliniaredac dependena dintre cele dou mrimi este neliniar.4.Dup caracteristicile constructive exist: regulatoareautomateunificate,utilizate pentru reglarea a diferiiparametri (temperatur, presiune, etc.). Regulatoareleunificatefuncioneazcuun anumit tip de semnal ce variaz n limite fixate, att la intrare ct i la ieire. Semnalele cu care funcioneaz aceste regulatoare sunt semnale unificate 10SUGESTII METODOLOGICECUM?Deoarecetreidintrecriteriiledeclasificarealeregulatoarelorautomate (RA)suntbazatenprincipalpecaracteristicileinstalaieitehnologice creiaiestedestinatRA,criteriicunoscutedeelevidelaclasificarea sistemelordereglareautomat(SRA),profesorulsepoatebazape cunotineleanteriordobnditealeeleviloripoateintroduceaceast tem cu ajutorul clasificrii RA prezentat schematic n figura 2, cu accent penoiunilenouintroduse(legedereglare,regulatoarecuaciune continu, discontinu etc).nfunciedenivelulclasei,departicularitilegrupuluideeleviinstruit, pentrufiecaretipderegulator,profesorulpoateprezentaexemplede schemedeprincipiualesistemelordereglareautomat,pebazacrora elevii vor identifica elementele SRA, rolul acestora n bucla de reglare (n principal RA i tipul acestuia) i evidenia performanele sistemului. i au aceleai valori calasistemeledemsurare i control unificate, respectiv 2...10mA sau 4...20mA pentru regulatoarele electronice unificate i 0,2...1bar pentru cele pneumatice. regulatoareautomatespecializate,utilizate numai pentru un anumit parametru tehnologic, au structura constructiv i semnalele de lucru special concepute pentru parametrul considerat.5.Dup agentul purttor de semnal exist: regulatoareautomateelectronice,lacareatt mrimeadeintrarect i mrimea de ieire sunt de natur electric (intensitatea curentuluielectric sau tensiunea electric) i care au n componena lor blocuri electronice; regulatoare automate hidraulice (ulei sub presiune); regulatoare automate pneumatice (aer comprimat); regulatoare automate mixte (electropneumatice sau electrohidraulice).6. Dup numrul mrimilor de ieire ale instalaiei tehnologice: regulatoare automate monovariabile (pentru o singur mrime reglat) regulatoare automate multivariabile (pentru mai multe mrimi reglate).Multeproceseindustrialesunt caracterizateprinfaptul caumai multeintrri ce genereazcaefectemai multeieiri, cuputerniceinteraciuni ntrevariabile. Pentru exemplificarea unui asemenea model considerm procesul cu dou intrri i dou ieiri reprezentat n figura 1. Intrrile n proces sunt cele dou debite de fluide Q1 i Q2 care alimenteaz un rezervor icare se afl la temperaturidiferite 1, respectiv 2. Ieirile msurabilealeprocesului sunt nivelul lichidului dinrezervor (H) i temperatura(). Procesele multivariabile, n situaii speciale, bine definite, pot fi controlate cu regulatoare monovariabile, prin descompunerea SRA multivariabil n mai multe bucle de reglare cu o intrare i o ieire.HQ, Q2, 2Q1, 1SUGESTII METODOLOGICECUM?Deoarecetreidintrecriteriiledeclasificarealeregulatoarelorautomate (RA)suntbazatenprincipalpecaracteristicileinstalaieitehnologice creiaiestedestinatRA,criteriicunoscutedeelevidelaclasificarea sistemelordereglareautomat(SRA),profesorulsepoatebazape cunotineleanteriordobnditealeeleviloripoateintroduceaceast tem cu ajutorul clasificrii RA prezentat schematic n figura 2, cu accent penoiunilenouintroduse(legedereglare,regulatoarecuaciune continu, discontinu etc).nfunciedenivelulclasei,departicularitilegrupuluideeleviinstruit, pentrufiecaretipderegulator,profesorulpoateprezentaexemplede schemedeprincipiualesistemelordereglareautomat,pebazacrora elevii vor identifica elementele SRA, rolul acestora n bucla de reglare (n principal RA i tipul acestuia) i evidenia performanele sistemului. fig.1 Schema de principiu a unui proces cu mai multe ieiri11Clasificarea regulatoarelor automate n funcie de particularitile constructive i funcionale este prezentat n tabelul de mai jos:Clasificarea regulatoarelor automateCriteriul Tipul regulatorului automat1. dup sursa de energie exterioar folosit- regulatoare automate directe- regulatoare indirecte2. dup viteza de rspuns- regulatoare automate pentru procese lente- regulatoare automate pentru procese rapide3. dup tipul aciunii- regulatoare automate cu aciune continu- regulatoare automate cu aciune discontinu (discret)4. dup caracteristicile constructive- regulatoare automate unificate- regulatoare automate specializate5. dup agentul purttor de semnal- regulatoare automate electronice- regulatoare automate pneumatice- regulatoare automate hidraulice- regulatoare automate mixte (electrohidraulice,electropneumatice)6. dup numrul mrimilor de ieire ale IT- regulatoare automate monovariabile- regulatoare automate multivariabileSUGESTII METODOLOGICECUM?Deoarecetreidintrecriteriiledeclasificarealeregulatoarelorautomate (RA)suntbazatenprincipalpecaracteristicileinstalaieitehnologice creiaiestedestinatRA,criteriicunoscutedeelevidelaclasificarea sistemelordereglareautomat(SRA),profesorulsepoatebazape cunotineleanteriordobnditealeeleviloripoateintroduceaceast tem cu ajutorul clasificrii RA prezentat schematic n figura 2, cu accent penoiunilenouintroduse(legedereglare,regulatoarecuaciune continu, discontinu etc).nfunciedenivelulclasei,departicularitilegrupuluideeleviinstruit, pentrufiecaretipderegulator,profesorulpoateprezentaexemplede schemedeprincipiualesistemelordereglareautomat,pebazacrora elevii vor identifica elementele SRA, rolul acestora n bucla de reglare (n principal RA i tipul acestuia) i evidenia performanele sistemului. 1213Clasificarea RA dup particulariti constructive i funcionaleRegulatoare unificateRegulatoare specializateRegulatoare cu aciune continuRegulatoare cu aciune discretRegulatoare electroniceRegulatoare hidrauliceRegulatoare mixteDup tipul aciuniiDup agentul purttor de semnalDup caracteristicile constructiveRegulatoare pneumaticeRegulatoare neliniareRegulatoare de tip PRegulatoare de tip PIRegulatoare de tip PDRegulatoare de tip PIDfig.2. Clasificarea regulatoarelor automate n funcie de particularitile constructive i funcionaleSUGESTII METODOLOGICECU CE?folii transparente cu scheme de principiu ale SRA pentru diferii parametric, scheme de clasificarefie de lucruretroproiector, videoproiectorCUM?metode de nvmnt: conversaie prin ntrebri stimulatorii i exploratoriimodelare (cu identificarea elementelor modelului de elevi)demonstraie

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologicExemple de tipuri de regulatoare: Regulator de tip P liniar cu acine continu fig.3. Schema de principiu a unei bucle de reglare cu regulator de tip Pliniar cu aciune continuElemente componente:1. membrana elastic a traductorului;2. resort;3. element de prescriere;4. amplificator cu distribuitor;5. conduct;6. clapet (obturator);7. piston;8. cilindru;9. tij.14Fig.1. Variaia treapt a unei mrimi Fig.2. Semnal treapt unitarSUGESTII METODOLOGICECU CE?folii transparente cu scheme de principiu ale SRA pentru diferii parametric, scheme de clasificarefie de lucruretroproiector, videoproiectorCUM?metode de nvmnt: conversaie prin ntrebri stimulatorii i exploratoriimodelare (cu identificarea elementelor modelului de elevi)demonstraie

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologic Regulator neliniar bipoziional de temperaturFig.1. Variaia treapt a unei mrimi Fig.2. Semnal treapt unitarfig. 4. Schema de principiu a unui sistem de reglare automat a temperaturii cu regulator bipoziionalSUGESTII METODOLOGICECU CE?folii transparente cu scheme de principiu ale SRA pentru diferii parametric, scheme de clasificarefie de lucruretroproiector, videoproiectorCUM?metode de nvmnt: conversaie prin ntrebri stimulatorii i exploratoriimodelare (cu identificarea elementelor modelului de elevi)demonstraie

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologic15Tema 1. Regulatoare automateFia 1.3. Rspunsul regulatoarelor automate la semnalul treapt unitar Semnalul treapt esteunul dincelemai utilizatesemnalenautomatici presupune trecereabrusc, instantanee, aunei mrimi m, delaovaloareconstantlaaltvaloare constant.Ovariaietreaptaunei mrimi mestereprezentatnfigura1. Mrimeamtrecela momentul t1de la valoarea constant m1la valoarea constant m2.Semnalul treapt reprezint o variaie idealizat, deoarece trecerea de la o valoare la cealalt nu se poate face instantaneu dect pentru o vitez infinit de variaie.nfigura2. estedatreprezentareaconvenionalaunui semnal treapt unitar, considerndcvaloareaanterioarm1estenul, iar trecerealam2=1sefacela momentul iniial t = 0.n continuare vom analiza rspunsul regulatoarelor automate cu legi de reglare avnd una sau maimulte componente la semnalultreapt unitar alerorii. n reprezentarea rspunsului diferitelor tipuri de regulatoare se consider condiii iniiale nule.a. Regulatoare cu aciune proporional (de tip P)Aceste regulatoare stabilesc ntre mrimea de ieire xc(t) i mrimea de intrare (t) o relaie de dependen proporional descris de :( ) ( ) t K t xR c ,unde KR este factorul de amplificare al regulatorului.nfigura3. estereprezentat rspunsul laintraretreaptal unui regulator detipP. Mrimea de comand va avea o variaie tot sub form de treapt, dar amplificat cu factorul KR.16Fig.1. Variaia treapt a unei mrimi Fig.2. Semnal treapt unitarm20tt1m1m0t1mDatoritineriei elementelor componentealeregulatorului mrimeadecomandnu poate urmri instantaneu variaia erorii i din aceast cauz variaia real a mrimii xc(t) este trasat punctat.Adesea n loc de KR se utilizeaz factorul numit band de proporionalitate BP definit ca fiind acel procent din domeniul mrimii de intrare n regulator (t) pentru care regulatorul de tip P determin o valoare xc(t)egal cu 100% din domeniul posibil pentru mrimea de ieire. Cnd domeniulde variaie aleroriieste egalcu domeniulde variaie almrimiide comanda xc (cazul regulatoarelor unificate), banda de proporionalitate se determin din relaia:( ) % 1001 RKBPDacdomeniul devariaieal mrimii (t) diferdecel al lui xc(t) , atunci bandade proporionalitate BP se determin cu relaia:( ) %100c RdomeniulxdomeniulKBP Factorul deproporionalitateKR, respectivbandadeproporionalitateBP, reprezint unicul parametru al regulatoarelor detipP. Princonstruciaregulatorului Pacest parametru se prevede a fi ajustabil n limite largi pentru a satisface o varietate mare de legide reglare. Astfel, dac mrimile de la intrarea iieirea regulatoruluiau acelai domeniu de variaie, KR poate fi variat ntre 50 i 0,5, ceea ce corespunde unei benzi de proporionalitate cuprinse ntre 2% i 200% b. Regulatoare cu aciune integral (de tip I)Aceste regulatoare stabilesc ntre mrimea de ieire xc(t) i mrimea de intrare (t) o relaie de dependen descris de :( ) ( ) dt tTt xic1.Mrimeaxc(t) depindedeintegralantimpaerorii (t). ConstantaTisenumete constant de integrare i are dimensiunea timp.17Fig. 3. Rspunsul la intrare trept al unui regulator P0tKR0xctRspuns idealRspuns realSUGESTII METODOLOGICECUM?Profesorulreactualizeazcunotinelepredateanteriorreferitoarela semnalele aplicate n automatizri i poate prezenta noul coninut referitor la rspunsulindicialalsistemului,respectivalregulatoruluiautomat,ncazul legilordereglaredetipproporional,integraliderivativfolosindstrategii discursiveexplicaie,argumentare,demonstaie,recurgndlasuporturi didactice adecvate.Pe baza modelelor elevii vor putea preciza rspunsul indicial al RA de tip PI, PDiPID,parametriicecaracterizeazlegiledereglareivorcompara aceste rspunsuri din punct de vedere al performanelor sistemului.

n figura 4. este reprezentat rspunsul la intrare treapt al unui regulator de tip I.Derivnd n funcie de timp relaia ( ) ( ) dt tTt xic1, se obine:( )( ).1tT dtt dxic Rezult c laregulatorul detip I viteza de variaie a mrimii decomand este proporional cu eroarea, factorul de proporionalitate fiind inversul timpului de integrare.Rspunsul regulatorului de tip I la intrare treapteste un semnal ramp cu coeficientul unghiular:iTtg1 .Parametrul ajustabil al regulatorului I estetimpul deintegrarecarepoatefi variat n diverse limite, de la ordinul fraciunilor de secund pn la zeci de minute, n funcie de tipul regulatorului, pentru procese rapide sau procese lente.Regulatoarele de tip I sunt rar utilizate datorit ntrzierilor pe care le introduc. Se aplic atunci cnd se dorete eroare staionar nul i nu exist alte elemente ale sistemului de reglare automat care s permit aceasta.txciTa r c t g1 0tFig.4. Rspunsul la intrare treapt al unui regulator ISUGESTII METODOLOGICECUM?Profesorulreactualizeazcunotinelepredateanteriorreferitoarela semnalele aplicate n automatizri i poate prezenta noul coninut referitor la rspunsulindicialalsistemului,respectivalregulatoruluiautomat,ncazul legilordereglaredetipproporional,integraliderivativfolosindstrategii discursiveexplicaie,argumentare,demonstaie,recurgndlasuporturi didactice adecvate.Pe baza modelelor elevii vor putea preciza rspunsul indicial al RA de tip PI, PDiPID,parametriicecaracterizeazlegiledereglareivorcompara aceste rspunsuri din punct de vedere al performanelor sistemului.

1819c. Regulatoare cu aciune proporional integral (de tip PI)Aceste regulatoare reprezint o combinaie ntre un regulator de tip P i unul de tip I i stabilesc ntre mrimea de ieire xc(t) i mrimea de intrare (t) o relaie de dependen descris de :( ) ( ) + t K t xR c( ) dt tTi1.Factorii KR i iT1 care caracterizeaz cele dou componete ale rspunsului regulatorului pot fi modificai independent unul de cellalt.Relaia mai poate fi scris i:( ) ( ) ( )1]1

+ dt tTt K t xIR c 1,undei R IT K T esteconstanta detimpdeintegrare aregulatorului. Eaprezint avantajul c factorul de proporionalitate KRintervine att n componenta proporional ct i n componenta integral, astfel c modificarea lui KR permite modificarea ambelor componente. Aceastacorespundecondiiilor constructiverealealecelor mai multe regulatoare de tip PI.n figura 5. este reprezentat rspunsul la intrare treapt al unui regulator de tip PI.Datoritposibilitii decombinareacelor douaciuni, proporionali integral, prin modificareasimultanacelor douconstante, regulatoarelePI permit obinereade caracteristici superioare n realizarea legilor de reglare.d. Regulatoare cu aciune proporional derivativ (de tip PD)Aceste regulatoare, similar celor de tip PI, reprezint o combinaie ntre un regulator de tip P i unul de tip D i stabilesc ntre mrimea de ieire xc(t) i mrimea de intrare (t) o relaie de dependen descris de :( ) ( ) + t K t xR c( )dtt dTd,unde factorul Td se numete constant derivativ i are dimensiunea timp.Similar ca la regulatoarele PI, relaia poate fi scris i:20fig.5. Rspunsul la intrare treapt al unui regulator PI0txcKRIRTKarctg 0t( ) ( )( )1]1

+ dtt dT t K t xD R c,unde factorulRdDKTT se numete constant de timp derivativa regulatorului i are dimensiunea timp.n figura 6. este reprezentat rspunsul la intrare treapt al unui regulator de tip PD.Din aceleai considerente ca la regulatoarele PI, se prefer ca dependena determinat de regulatoarele PD s fie exprimat prin a doua relaie, deoarece din punct de vedere constructiv, prinmodificarea factorului KRestepermis i modificarea constanteide timpderivative. Uneleregulatoaresunt prevzutecudispozitivecarepermit variaia simultan a lui KR i a lui TD, astfel ca produsul KRTD s rmn constant.Analizndrspunsul laintraretreaptal unui regulator PDseobservcaaciunea componentei derivativesemanifestnumai lamomentul iniial, cndarelocsaltul mrimii de la intrare. Prezena componentei derivative care apare la momentul iniial i este de scurt durat, are ca efect o accelerare a regimului tranzitoriu i deci o reducere a acestuia. Comparativ cu regulatoarele de tip P sau cele de tip I, aceste regulatoare permit posibiliti mai largi de realizare a legilor de reglare.e. Regulatoare cu aciune proporional integral derivativ (de tip PID)Acesteregulatoare sunt celemai complexeregulatoarecuaciunecontinu, care asigurperformanedereglaresuperioare, att nregimstaionar ct i nregim tranzitoriu. Ele nglobeaz efectele proportionalP, integralIi derivativ Dexpuse mai sus, conform legii de reglare: ( ) ( ) + t K t xR c( ) dt tTi1+( )dtt dTd.Dac se ine seama de realizarea constructiv a regulatorului, relaia poate fi scris:( ) ( ) ( )( )1]1

+ + dtt dT dt tTt K t xDIR c 1.Rspunsul la intrare treapt al unui regulator de tip PID este reprezentat n figura 7. n care se observ prezena celor trei componente P, I i D:KR0xct 0tFig.6. Rspunsul la intrare treapt al unui regulator PD21Regulatoarele PID au trei parametri ajustabili KR, TI, TD, ceea ce asigur posibiliti mult mai largi nasigurarealegilor dereglaredect laoricaredinregulatoareledescrise anterior i explic performanele superioare ale sistemelor de reglare automat prevzute cu aceste regulatoare. Evident c regulatoarele PIDau construcii mai complexe i necesit o acordare atent a valorilor celor trei parametri.Pentru a evidenia influena tipului de regulator asupra comportrii SRA, n figura 8. au fost trasaterspunsurilentimpalemrimii deieiredintr-unSRA, xe(t),pentruo variaie treapt a mrimii de intrare xi, n condiiile n care sunt utilizate regulatoarele P, PI, PD i PID.220t0txcKRIRTKarctg Fig.7. Rspunsul la intrare treapt al unui regulator PIDFig.8. Rspunsurile indiciale ale unui SRA pentru diverseregulatoare continue liniareComparndu-se curbele de rspuns, se pot face urmtoarele aprecieri:regulatorul detipPreduceapreciabil suprareglajul, conducelauntimptranzitoriu scurt, dar introduce o eroare staionar st mare;prin introducerea componenteiI,regulatorul de tip PIanuleaz eroarea staionar la intraretreapt, nsducelaunsuprareglaj mai maredect laregulatorulPi lao valoare mare a timpului de rspuns; prinintroducereacomponenteiD regulatorul detipPD mbuntetecomportarea dinamic(suprareglajuli durataregimului tranzitoriusunt mici), nsmenineo eroare staionar mare; regulatorul de tip PID, combinnd efectele P, I i D, ofer performane superioare att n regim stationar, ct i n regim tranzitoriu.n tabelul 1 sunt prezentate recomandri privind diferite tipuri de regulatoaren funcie de raportul T, unde reprezint timpul mort al instalaiei tehnologice i T constanta de timp dominant a prii fixate:Tabel 1.TTipul de regulator recomandat a fi utilizat0,2 Regulator bipoziional< 1,0 Regulator cu aciune continu cu componente P,I,D> 1,0RA cu caracteristici speciale sau sisteme de reglare complexe cu regulatoare avnd componente P, I, Dntabelul 2sunt prezentaterecomandri privindalgoritmul dereglarepentrudiferii parametri tehnologici:Tabel 2. Tip RAParametruP PI PID BipziionalTemperaturDA, dacT 0rezult:47xc +xcm +xcm 0- hrixc b.ri -xcm Fig. 3. Schema bloc a RBP SUGESTII METODOLOGICECUM?Profesorul se poate baza pe cunotinele anterior dobndite ale elevilor i poateintroduceaceasttemcuajutorulclasificriiRAi/sauaunui exempludeschemdeprincipiuasistemuluidereglareautomata temperaturiintr-uncuptor(saupentrumainadeclcatcu termoregulator).0xcxcmaxa.hi0- hrixcxcmax b.riFig.1. Caracteristica static a regulatorului bipoziionala. caracteristica idealb. caracteristica realxc= xcmax =const 0Denumireaderegulator bipoziional sedatoreazfaptului cmrimeadecomand poate avea n regim staionar numai dou valori.Caracteristica static real a RBP este o caracteristic cu histerezis, valorile mrimii de comandxcdepinzndi desensul devariaie, creteresaudescretere, aerorii . Astfel dac eroarea crete, trecerea de la valoarea xc= 0 la valoarea xc= xcmax nu are loc pentru condiia > 0, ci pentru condiia > h, unde h este jumtate limii ciclului de histerezis.De asemenea dac xc= xcmaxieroarea scade,trecerea la valoarea xc= 0 nu are loc pentru condiia < 0, ci pentru condiia < h . Caracteristica static a RBP poate fi reprezentat i ca n figura 2.Funcionarea RBP dup aceast caracteristic este descris de relaiile: < -h; xc = - xcm > h;xc =xcm-h < < +hxc =xcmdac anterior > + h

xc = - xcm dac anterior < -hSchema bloc a RBP este dat n figura 3. i este alctuit din elementul de comparaie EC, un amplificator electronic A i un circuit de prag CP care face trecerea din continuu n discontinuu.a.0xc +xcm-xcm +xcmhi 0- hrixc b.ri -xcmFig. 2. Caracteristica static a regulatorului bipoziionala. caracteristica idealb caracteristica real Fig. 3. Schema bloc a RBP 48Circuitul de prag este un releu electromagnetic care efectueaz i o amplificare, deoarece intensitatea curentului din circuitul comandat de contactele releului este mult mai mare dect cea din circuitul de alimentare. Folosirea releului ca element de prag prezint dezavantajul apariiei vibraiilor armturii, ceea ce conduce la scurtarea timpului de via al releului i al elementului de execuie acionat de RBP.Schema simplificat a unui RBP realizat cu componente analogice este prezentat n figura 4.Tensiunea U este proporional cu eroarea, care poate avea valori pozitive sau negative, astfelc polaritatea acesteitensiuni se modific n funcie de semnul erorii. Amplificatorul A amplific tensiunea U obinndu-se la ieire tensiunea amplificat UA care de asemenea i modific polaritatea n funcie de semnul abaterii .Presupunnd : = xi - xr > 0,deci:xr < xi,tensiuneaUAarepolaritateacupluslaemitor i minuslabaz, jonciuneabaz emitor este polarizat direct i tranzistorul T conduce , bobina releului electromagnetic R conectat n circuitul de colector al tranzistorului este parcurs de un curent suficient xc+xiA CPEC-xr Fig. 3. Schema bloc a RBP SUGESTII METODOLOGICECUM?explicaieproblematizareconversaie prin ntrebri stimulatorii i exploratorii, pe baza cunotinelor anterior dobnditela Modulul Circuite cu componente electroniceanalogiceiconsiderateimportantepentrunelegereanoului coninut Fig. 4.Schema simplificat a RBP cucomponente analogiceuTR RE A+ UpuA49ca releul s cupleze i s se nchid un contact aflat n serie cu elementul de execuie, de exemplu o rezisten de nclzire , presupunnd c mrimea reglat este o temperatur. Datoritconectrii rezistenei denclziretemperaturacretei laun moment datse obine: = xi - xr < 0O dat cu schimbarea semnului erorii i modific polaritatea i tensiunile U i UA ; ca urmaretensiuneauAvaaveapolaritateacupluslabazi minuslacolector, deci jonciuneabazemitor estepolarizatinversi tranzistorul esteblocat, ceeace determin deschiderea contactuluireleuluiR, ntreruperea alimentriirezisteneide nclzire i micorarea temperaturii pn cnd este ndeplinit din nou condiia :xr < xi.Se constat c procesul reglrii bipoziionale are un caracter ciclic, mrimea de ieire avnd valori care oscileaz n jurul valorii prescrise. nvarianteleconstructiverecentecircuitul depragesteuncomparator integrat care ndeplinete i funcia de element de comparaie i cea de amplificator. Pentru obinerea unei amplificri de putere suficient de mare la ieire releul electromagnetic a fost pstrat. Funcionarea RBP cu comparator integrat poate fi explicat cu ajutorul schemei din figura 5.Dac tensiunea prescris Up depete tensiunea de pe calea de reacie Ur, eroarea = Up Ur > 0, i tensiunea de ieire a comparatorului ia valoarea logic 1 (Ue +3V), tranzistorul T se deschide, bobina releului este alimentat i acesta anclaneaz.Dac Up < Ur, eroarea este negativ iar ieirea comparatorului corespunde valorii 0 logic (Ue 0,5V), tranzistorul T este blocat i releul este declanat.Deoarececircuitul areoamplificarefoartemare, nupermiteobinereaunor procese stabile inu are zon de histerezis. Pentru obinerea zoneide histerezis se aplic o reaciepozitivcomparatorului. nfigura6. estereprezentatschemasimplificata RBP realizat cu amplificatoare operaionale cu reacie pozitiv.Circuitul de intrare al bornei neinversoare conine rezistena R1 i se afl la potenialul pozitiv Up,proporional cumrimea deintrarea sistemului dereglareautomat, iar circuitul de intrare al bornei inversoare care conine rezistena R2se afl la potenialul pozitiv Ur , proporional cu mrimea de ieirea sistemului de reglare automat.Dac predomin efectul tensiunii Up ceea ce nseamn c are loc o relaie de tipul xr< xi atunci va rezulta la ieirea AO tensiunea:Fig. 7.Reglarea automat a temperaturii ntr-un cuptor cu RBP

a.schema electric b.variaia n timp a mrimii reglateSUGESTII METODOLOGICECUM?explicaieproblematizareconversaie prin ntrebri stimulatorii i exploratorii, pe baza cunotinelor anterior dobnditela Modulul Circuite cu componente electroniceanalogiceiconsiderateimportantepentrunelegereanoului coninut + EcUr+TERR2R1R3UeUpFig. 5. Regulator bipoziional cu comparator integrat50Ue > 0i deci pe baza tranzistorului tensiunea va fi pozitiv Dimpotriv, dac predomin efectul tensiunii pozitive Ur, ceea ce nseamn c are loc o relaie de forma : xe > xi, atunci va rezulta:ue < 0i tensiunea pe baza tranzistorului va fi negativ.Prin urmare, n primul caz tranzistorul va fi n stare de conducie avnd n vedere cprimeteunsemnal pozitivpebaz, bobinareleului Restealimentati acesta anclaneaz, comandndintrareaelementului deexecuie(deexemplu, conectarea unei rezistenedenclzire).nal doileacaz, tranzistorul vafi blocat i releulR declaneaz. RezistenareglabilPpermitemodificarealimii zonei dehisterezis, rezistena R3 limiteaz curentul bazei tranzistorului.Fig. 7.Reglarea automat a temperaturii ntr-un cuptor cu RBP

a.schema electric b.variaia n timp a mrimii reglate -rria.b. Fig.8. Caracteristica static a regulatorului tripoziionala. caracteristica idealb. caracteristica real ASUGESTII METODOLOGICECUM?explicaieproblematizareconversaie prin ntrebri stimulatorii i exploratorii, pe baza cunotinelor anterior dobnditela Modulul Circuite cu componente electroniceanalogiceiconsiderateimportantepentrunelegereanoului coninut R1PUp+UrR2 +EcTRR3EUeFig. 6. Regulator bipoziional cu reacie pozitiv51Un caz tipic de utilizare a RBP l reprezint sistemele de reglare automat a temperaturii n cuptoarele electrice (figura 7. a)Creprezint un contactor ale crui contacte permit alimentarea rezistenelor de nclzire, mrimea de comand este intensitatea curentului I ce trece prin bobina B a contactorului, iar mrimea reglat este temperatura din cuptor.Dac temperaturancuptor estemai micdect temperaturaprescris, ceeace corespundeerorii pozitive >0, contactul comandat deRBPsenchide, bobina contactorului estealimentat, contactelecontactorului sevor nchide, rezistenade nclzire este alimentat, iar temperatura n cuptor va crete. La depirea temperaturii prescrise, ceea ce corespunde erorii negative < 0, contactul comandat de RBP se va deschide iar contactoruliva deschide contactele, ceea ce va conduce la scderea temperaturii n cuptor.n figura 7.b este reprezentat graficul variaiei temperaturii n cuptor n funcie de timp: = f(t), care are forma unor segmente de exponeniale cresctoare i descresctoare. n intervalul detimpI contactorul arecontacteledeschise, iar nintervalul II nchise. Datoritineriei termiceseconstatocretereatemperaturii i dupdeschiderea contactelor (punctul Ade pe curb), respectiv o scdere a temperaturii i dup nchiderea acestora (punctul B de pe curb).Reglarea bipoziional nu poate asigura o precizie ridicat, deoarece mrimea reglat oscileaz n jurul valorii prescrise i nu poate rmne egal cu aceasta.Pe de alt parte,un bloc de reglare bipoziional nu poate s alimenteze un element de execuierealizat cuunmotor electric, deoarece, nus-ar puteaasigurainversarea sensului de rotaie al motorului. Prin urmare regulatoarele bipoziionale se folosesc n sisteme de reglare care folosesc ca elemente de execuie contactoare, ntreruptoare, electromagnei.3.2.2. Regulatoare tripoziionaleDup cum le spune i numele, regulatoarele tripoziionale (RTP) se caracterizeaz prin faptul c mrimea de comand nu poate lua dect trei valori.52Fig. 7.Reglarea automat a temperaturii ntr-un cuptor cu RBP

a.schema electric b.variaia n timp a mrimii reglate -rria.b. Fig.8. Caracteristica static a regulatorului tripoziionala. caracteristica idealb. caracteristica real A Caracteristica static a acestor regulatoare are forma din figura 8.Din aspectul caracteristicii statice ideale se constat c dac eroarea satisface condiia:- 0 < < 0atunci se obine: xc = 0,deci mrimea de comand este nul.Pentru: > 0rezult:xc =xcmaxiar pentru < - 0se obine: xc = - xcmax.Mrimeadecomandxcpoateaveatrei valori (- xmax, 0, xmax), deundevinei denumirea de regulator tripoziional.Zonaerorilor definitderelaia-0 0nacelai regimlaieirea AO1varezultaunpotenial negativ lacare contribuie semnaleleaplicatelaambeleintrri, deci tranzistorul T1esteblocat i releul Rl1are contactul deschis.Dac predomin aciunile tensiunilor - Ui + U, atunci la ieirile ambelor amplificatoare se obin poteniale negative, ambele tranzistoare sunt blocate i ambele relee i pstreaz contactele deschise, motorul gsindu-se n repaus.SUGESTII METODOLOGICECU CE?prezentare multimedia cu utilizarea n diapozitivele prezentrii a schemelor videoproiector, calculatorfie de lucruCUM?metode de nvmnt: conversaie euristicmodelare problematizareexerciiu

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologicPPR3R3R2R2R1R1- U0+T1 + Up+ U0+T2 + UpURl1Rl2Fig.10. RTP cu comparatoare integrateAO1AO254Dac tensiunea Ueste negativ atuncila ieirea AO1se obine un potenialpozitiv, tranzistorul T1conducei releul Rl1comandrotireamotorului nsensopuscelui anterior. n acest regim , care corespunde poriunii din stnga a caracteristicii din figura 8. la ieirea AO2se obine un potenial negativ i tranzistorul T2este blocat, contactul releului Rl2 rmne deschis. SUGESTII METODOLOGICECU CE?prezentare multimedia cu utilizarea n diapozitivele prezentrii a schemelor videoproiector, calculatorfie de lucruCUM?metode de nvmnt: conversaie euristicmodelare problematizareexerciiu

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologic55Tema 3. Obinerea legilor de reglare pentru regulatoare automate electronice i mecaniceFia 3.3. Regulatoare automate pneumatice Echipamenteledeautomatizarei decomandpneumaticecuaciunecontinui discret, simplesaucomplexeseobinprininterconectareapredeterminataunor elemente i circuite pneumo-mecanice, active i pasive. Folosirea aparaturii pneumatice la reglarea unor procese din industria chimic, industria petrolier, industria lemnului etc. este justificat prin urmtoarele avantaje:- siguran mare n funcionare n medii dificile (medii inflamabile sau explozive);- construcie simpl;- posibilitatea obinerii unor puteri mari de acionare i de variaie a acestora n domenii largi;- posibilitatea acumulrii de energie;- pre de cost relativ redus.Dintre dezavantajele echipamentelor pneumatice, comparativ cu cele electronice pot fi amintite:- posibiliti limitate de transmitere la distan a semnalelor;- necesitatea instalaiilor anexe de producere a aerului comprimat, conducte de legtur;- aplicabilitate n general numai pentru procese lente;- consum energetic mai mare la un randament sczut;Blocurile care intr n componena regulatoarelor pneumatice, similar celor electronice, sunt:- elementul de comparaie;- preamplificatorul;- amplificatorrul de putere (amplificator de debit);- elemente de circuit operaionale prin care se introduc reacii impuse de legea de reglare.Cai regulatoareleelectronicei regulatoarelepneumaticefacpartedinsistemede echipamentedeautomatizarecusemnal unificat. Semnalul pneumaticunificat este 56SUGESTII METODOLOGICECUM?Profesorul se poate baza pe cunotinele anterior dobndite ale elevilor i poateintroduceaceasttemcuajutorulclasificriiRAi/sauaunui exempludeschemdeprincipiuaunuisistemdereglareautomatcu regulator automat pneumatic.SUGESTII METODOLOGICECUM?explicaieproblematizareconversaie euristicbrainstormingPebazacunotineloranteriordobnditesepotfacecomparaiintre regulatoareleautomateelectroniceicelepneumatice(avantaje, dezavantaje,elementecomponente)icorelrintreelementeleimrimile fizice ce intervin n cazul celor dou tipuri de regulatoare.0,2...1bar. Prin adoptarea sistemului pneumatic unificat se asigur posibilitatea realizrii de blocuri tipizate, sau module pneumatice.Dupcaracteristicile constructive ale elementelor care le compun, n specialcele din caresunt alctuiteblocuriledecomparaiei decorecieoperaional, regulatoarele pneumatice se mpart n dou categorii:- regulatoare cu membrane;- regulatoare cu burdufuri.Ambele tipuri constructive pot realiza aceleai legi dereglare cai regulatoarele electronice: P, PI, PD i PID.Amplificatoare pneumaticeAmplificatoarele pneumatice pot fi:- amplificatoare de presiune;- amplificatoare de debit.n cazul amplificatoarelor de presiune numite i preamplificatoare intervin debite mici de aer comprimat, n timp ce n cazul amplificatoarelor de debit, denumite i amplificatoare deputere, seobinlaieiredebiterelativmari, princaresecomandelementul de execuie pneumatic din sistemul de reglare automat.n figura 1. este reprezentat schema de principiu a unui preamplificator de tip ajutaj-palet. Att duza ct i ajutajul sunt realizate sub forma unor treceri de seciune redus (trangulri) cu diametrul sub 0,5mm care constituie nite rezistene (drosele) pneumatice. La trecerea aeruluicomprimat pe aceste rezistene se produc cderide presiune. Datorit seciunii reduse de trecere aerul comprimat trebuie s fie bine uscat i curit de impuriti (praf, particule de ulei de la compresor etc.).Modificarea poziieipaleteii decia distaneix poate fi determinat de variaia uneia sau mai multor presiuni. Mrimea de intrare a preamplificatorului este distana x dintre paleta P i ieirea trangulrii S2, care reprezint un ajutaj. Paleta P poate oscila n jurul articulaiei A, ca urmareadeplasrii captului Nal prghiei solidare cu paleta.n funcie de poziia paleteiieirea din ajutaj este obturat mai mult sau mai puin, ceea ce determin modificarea corespunztoare a presiunii p1din camera C. Presiunea p1 reprezint mrimea de ieire din preamplificator. Camera Ceste alimentat prinintermediul trangulrii S1cupresiunea constant p0 de la sursa de alimentare.Preamplificatorul funcioneaz cu deplasri ale paleteintr-o gam de civa microni, n aceast gam fiind asigurat liniaritatea dependenei dintre presiunea p1 i distana x.SUGESTII METODOLOGICECUM?explicaieproblematizareconversaie euristicbrainstormingPebazacunotineloranteriordobnditesepotfacecomparaiintre regulatoareleautomateelectroniceicelepneumatice(avantaje, dezavantaje,elementecomponente)icorelrintreelementeleimrimile fizice ce intervin n cazul celor dou tipuri de regulatoare.57nfigura2. esteexemplificat cazul ncaredistanaxestedeterminatdediferena presiunilor pa pbdin camerele Cai Cbseparate prin membrana elastic M. Discul D din centrul membranei este legat prin tija T de paleta P, paleta deplasndu-se n funcie dediferena presiunilor papb. Amplificatorul estealimentat cuaer lapresiunea constant de 1,4 bar. Sepoateconsideracansamblul camerelor Cai CbseparateprinmembranaM formeaz elementul de comparaie.SUGESTII METODOLOGICECUM?explicaieproblematizareconversaie euristicbrainstormingPebazacunotineloranteriordobnditesepotfacecomparaiintre regulatoareleautomateelectroniceicelepneumatice(avantaje, dezavantaje,elementecomponente)icorelrintreelementeleimrimile fizice ce intervin n cazul celor dou tipuri de regulatoare.58Pentru valori mici ale diferenei depresiune caracteristica static este liniar, iar dependenadintrepresiuneadeieirep1i diferenapapbsepoateexprimaprin intermediul factorului de amplificare K:( )b ap p K p 1,cu100 KAcest tip de amplificator nu asigur un debit de aer suficient la ieire. Pentru realizarea acestui deziderat estenecesarca presiuneaamplificatsfie transmisunui spaiu nchis de volum foarte mic. Astfel se folosesc amplificatoarele de debit care necesit un debit de aer, de la sursa de semnal de intrare, practic nul.Amplificatoare de debitAmplificatoarele de debit sunt amplificatoare de putere sau amplificatoare finale iau rolul de a amplifica debitul semnalului pneumatic aplicat la intrare, presiunea semnalului deieire fiind aceeai cuceaa semnalului deintrare. nfigura3.estereprezentat schema de principiu a unui astfel de amplificator.59Amplificatorul are patru camere notate cu A, B, C i D. Presiunea de intrare se aplic compartimentului A, separat decamera Bprintr-o membran elastic. Camera B comunic cu atmosfera prin orificiul 1. Aeruldin camera C poate trece n B iiein atmosfer dac bila obturatoare 2 este mpins de tija 3 n sus.Presiunea de ieire din amplificator i indicat de manometrul Meste presiunea preluat din camera C.Seobservdincaracteristicastaticaamplificatorului clacretereapresiunii de intrare pi presiunea de ieire pe scade.ntr-adevr dac presiunea scade, lamela elastic 4 apas bila n sus i membrana se ridic. Prinridicarebilaobtureaz trecerea aerului dincameraCncameraBi deschidemai mult orificiul detrecereaaerului dealimentare, dinDnC. Astfel presiunea din C ncepe s creasc pn cnd ajunge la valoarea pe=pi.Cnd presiunea pi crete, bila este mpins n jos i aerul din camera C trece prin B n atmosfer i presiunea din B scade pn la pe=pi.Dezavantajul acestui tip de amplificator este c are un consum mare de aer comprimat, el funcionnd cu scurgere permanent de aer de la alimentare n atmosfer.Construcia regulatoarelor pneumaticea. Regulator pneumatic proporional cu burdufurin figura 4. este reprezentat schema de principiu a unui regulator pneumatic proporional cu burdufuri care include i elementul de comparaie.Cele trei burdufuri Bi, Bei Brl1sunt amplasate n linie i acioneaz asupra prghiei V prin tijele Ti, Tei Trl1. La partea inferioar a lor, cele trei tije sunt solidare fiecare, cu suprafeeleexterioarealeburdufurilor. nfunciedevaloareapresiunii dininteriorul burdufului tijele sedeplaseaz liber pe vertical. La partea superioar tijele sunt articulatecuprghiaVnpuncteleN, Q, S, iar prghiaVcarepoateoscilanjurul articulaiei fixe M, este solidar cu paleta P a preamplificatorului A1 de tip ajutaj-palet. n punctul T al prghiei V acioneaz arcul A, arc necesar pentru echilibrarea i fixarea punctului de zero al ntregului ansamblu. Suprafeele inferioare ale burdufurilor sunt fixe i se sprijin pe corpul rigid CR.60Presiuneapicorespundevalorii mrimii deintrareasistemului dereglareautomat (mrimea prescris), iar presiunea pecorespunde mrimii de ieire din sistem. Deoarece tijele burdufurilor Bi, respectiv Becreeaz momente de semn contrar asupra prghiei V, cele dou burdufuri alctuiesc elementul de comparaie EC al sistemului de reglare automat.Burduful Brl1realizeaz o reacie local negativ n jurul preamplificatorului A1i amplificatorului de putere A2. Pe aceast cale de reacie sunt prevzute elemente de corecie de tip rezistiv, respectiv rezistenele pneumatice R1 i R2, deci se obine o lege de reglare de tip proporional, ca i n cazul regulatoarelor electronice.Poziia paletei P se modific n funcie de rezultatul comparaiei ntre presiunile pi i pe, ceea ce conduce la modificarea presiunii de ieire p1din preamplificatorul A1. Modificarea presiuniip1este transmis amplificatoruluide putere A2, la ieirea cruia rezult presiunea de comand pc care acioneaz asupra elementului de execuie EE i asuprarezistenei pneumaticeR1dincircuitul reaciei locale. Presiunearezultatla ieirea rezistenei R1, prl1, este transmis burdufului Brl1.PreamplificatorulA1i amplificatorul de putere A2sunt alimentate cu presiunea sursei p0.b. Regulator pneumatic proporional integralcu burdufuriSUGESTII METODOLOGICECU CE?prezentare multimedia cu utilizarea n diapozitivele prezentrii a schemelorde principiu pentru regulatoarele pneumaticevideoproiector, calculatorfie de lucruCUM?metode de nvmnt: conversaie euristicmodelare problematizarebrainstorming

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologic61Schema de principiu a unui regulator pneumatic de tip PI cu burdufuri este reprezentat n figura 5.Fa de regulatorul de tip P din figura 4. se constat prezena celui de-al patrulea burduf Brl2, care prin tija Trl2acioneaz n punctul U asupra prghiei V. Asupra burdufului Brl2 acioneaz presiunea prl2 obinut prin transmiterea presiunii de comand pc la intrarea elementului de corecie alctuit din rezistena pneumatic reglabil R3 i capacitatea C. Se realizeaz astfelo a doua reacie local, pozitiv (burdufulBrl2acioneaz asupra prghiei Vcuuncupludesenscontrar celui determinat deburduful Brl1) i care, mpreun cu reacia negativ de tip rezistiv realizat cu rezistenele R1, R2i burduful Brl1, asigur o lege de reglare de tip proporional integral. SUGESTII METODOLOGICECU CE?prezentare multimedia cu utilizarea n diapozitivele prezentrii a schemelorde principiu pentru regulatoarele pneumaticevideoproiector, calculatorfie de lucruCUM?metode de nvmnt: conversaie euristicmodelare problematizarebrainstorming

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologic62SUGESTII METODOLOGICECU CE?prezentare multimedia cu utilizarea n diapozitivele prezentrii a schemelorde principiu pentru regulatoarele pneumaticevideoproiector, calculatorfie de lucruCUM?metode de nvmnt: conversaie euristicmodelare problematizarebrainstorming

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologic63Tema 3. Obinerea legilor de reglare pentru regulatoare automate electronice i mecaniceFia 3.4. Regulatoare automate hidraulice Regulatoarele automate hidraulice sunt utilizate n cazul sistemelor de reglare automat la care se cer fore mari pentru mrimea de comand i este necesar asigurarea unei sigurane mari n funcionare.Avantaje:- nlturarea ntrzierilor n transmiterea semnalelor (presiunile se transmit practic instantaneu, lichidele putnd fi considerate fluide necompresibile);- utilizri pentru procese cu constante de timp mici (automatizarea acionrilor).Dezavantaje:- pericol de incendiu;- necesitatea unei instalaii complexei scumpedealimentarecuulei sub presiune;- gabarit ridicat comparativ cu regulatoarele pneumatice i electronice;- consum de metal ridicat.Elemente componente:- element de comparaie mecanic;- amplificator hidraulic;- dispozitive derealizare aunor reacii operaionale detipul amortizoarelor hidraulice.a. Amplificatoare hidrauliceTipuri constructive:- amplificatorul cu tub cu jet;- amplificatorul cu distribuitor (sertar);- amplificatorul cu dispozitive ajutaj - palet;- amplificatorul cu bile.a.1. Amplificatorul cu tub cu jetSunt alimentate de obicei cu un jet de ulei sub presiune pa12 bar.64SUGESTII METODOLOGICECUM?Profesorul se poate baza pe cunotinele anterior dobndite ale elevilor i poateintroduceaceasttemcuajutorulclasificriiRAi/sauaunui exempludeschemdeprincipiuaunuisistemdereglareautomatcu regulator automat hidraulic.Schema de principiu a acestui amplificator este reprezentat n figura 1.Lichidul esterecuperat nrezervorul 1al amplificatorului deundeesterecirculat cu pompa cu roi dinate 2.Amplificatorul propriu-zis este alctuit din tubul mobil 3 care se termin la capt cu duza 4 de diametru 2mm. Duza se poate deplasa n faa celor dou ajutaje (orificii) receptoare5. Deplasareaduzei nfaaorificiilor estede1mmi estelimitatde opritoarele 6.Lichidulcu care este alimentat duza posed o energie potenial alcreiniveleste caracterizat de valoarea presiunii de alimentare pa12 bar. n duz are loc transformarea energieipoteniale n energie cinetic caracterizat de valoarea vitezei jetului delichidlaieirea dinduz. Energia cineticajetului se transform din nou n energie potenial la intrarea n cele dou ajutaje receptoare 5. Energiile poteniale ale lichidului n cele dou ajutaje sunt caracterizate de presiunile p1 i p2 din ajutaje. Presiunile sunt trasmise pe cele dou fee ale pistonului 7 din cilindrul 8 al elementului de execuie.Tubul mobil 3 se deplaseaz sub aciunea forei F care poate fimrimea de ieire dintr-un traductor (n figura 1a- fora F este mrimea de ieire din traductorul de presiune cu burduf).n figura 1 b este prezentat modul de deplasare al tubului cu duz 4 n faa ajutajului 5. Dac duza este n poziie median presiunile n ajutaje sunt egale (p1=p2), iar pistonul servomotorului st pe loc. La deplasarea duzei spre stnga (p1>p2) pistonul se deplaseaz spre dreapta. Pistonul urmrete permanent deplasrile duzei n faa ajutajelor.n figura 1 c estereprezentatdependena dintre raportulpresiunilordinajutaje i presiunea de alimentare (p1/pa, sau p2/pa) i deplasarea duzei.Acest tip de amplificator hidraulic poate fi considerat un amplificator de for deoarece necesit o for de maximu 0,1N pentru deplasarea duzei, iar presiunea diferenial p=p1 p2care acioneaz pe suprafaa S a pistonului dezvolt o for de sute de ori fig.1. Schema de principiu a amplificatorului hidraulic cu tub cu jeta schema de conectare a amplificatorului la servomotorul cu piston; b schema amplificatorului hidraulic;c caracteristica static65mai mare dect aceasta. De aceea amplificatoarele hidraulice de acest tip se utilizeaz nconstruciaregulatoarelor caretrebuiescomandeelementedeexecuiefoarte puternice. a.2. Amplificatorul hidraulic cu distribuitorSchema de principiu a amplificatorului hidraulic cu distribuitor este reprezentat n figura 2. Locul tubului cu jet este luat de un sertar constituit dintr-un cilindru n care se deplaseaz un piston dublu. PistoaneleP1i P2dindistribuitorul Dsunt deplasatedetijadeintrareti, permind alimentarea cu ulei sub presiune prin tuburile d1 sau d2 a cilindrului principal CP.SUGESTII METODOLOGICECUM?explicaieproblematizareconversaie euristicbrainstormingPebazacunotineloranteriordobnditesepotfacecomparaiintre regulatoareleautomatestudiate(avantaje,dezavantaje,elemente componente) i corelri ntre elementele i mrimile fizice ce intervin n cazul acestora.fig.2. Amplificator hidraulic cu distribuitorCPteO2 O1 Pd2 d1 tiDP2 P1 p0Ulei sub presiuneUlei evacuatUlei evacuat66Dac ti se deplaseaz n sus, uleiul sub presiune p0 trece prin orificiul O1 i tubul d1 n CP i acioneaz asupra pistonului P care coboar odat cu tija te. Uleiul uzat de sub pistonul P este evacuat prin tubul d2 i orificiul O2.Dac tise deplaseaz n jos, uleiul sub presiune p0trece prin orificiul O2i tubul d2n CP i acioneaz asupra pistonului P care urc odat cu tija te. Uleiul uzat de deasupra pistonului P este evacuat prin tubul d1.Dac ti se afl n poziie median pistoanele P1 i P2 nchid orificiile O1 i O2, pistonul P i tija te rmn n repaus.Debitul de ulei sub presiune prin orificiile O1 i O2 i viteza de deplasare a pistonului P sunt proporionale cu valoarea absolut a deplasrii tijei de intrare ti. ntregul ansamblu areuncaracter integrator (deplasareapistonului Pvafi datdeintegralantimpa mrimii de intrare)a.3. Amplificatorul hidraulic cu dispozitiv ajutaj palet i cu bile este asemntor celui prezentat la regulatoarele pneumatice.n cazul n care este necesar o amplificare n putere mai mare se utilizeaz dou etaje de amplificare cuplate n cascad, cel final cu caracteristica de putere dorit.b. Elemente de corecie hidrauliceAu rolul de a asigura obinerea legilor de reglare cu caracter integrator i derivativ.Sunt cazuri ncarecomponentaintegratoarenuesteobinutprinintermediul unor elemente de corecie din structura regulatorului hidraulic, ci prin aciunea elementului de execuie hidraulic.n figura 3. este reprezentat schema de principiu a unui amortizor cu ulei, un element de corecie de tip derivativ, larg utilizat n construcia regulatoarelor hidraulice. pAx2x1aRHPCfig.3. Schema de principiu a amortizorului cu uleiElemente componente:- cilindru C;- piston P;- rezisten hidraulic reglabil RH;- arc dublu A;- pies p.O particularitate a acestui amortizor este faptul c att Cct i Psepot deplasa. nfunciedepoziiasa pistonul Pdelimiteazdou zone n cilindrulCcare comunicntreeleprintr-uncanal pecareseafl rezistenahidraulicreglabilRH. Piesapfixatde captul a al tijei pistonului este supus aciunii arcului dubluA. Acestatinde s meninpiesapnpoziia median, simetric fa de punctele sale de fixare.Mrimea de intrare n amortizor este deplasarea x1a cilindrului C, iar mrimea de ieire este deplasarea x2 a pistonului (punctul a).SUGESTII METODOLOGICECUM?explicaieproblematizareconversaie euristicbrainstormingPebazacunotineloranteriordobnditesepotfacecomparaiintre regulatoareleautomatestudiate(avantaje,dezavantaje,elemente componente) i corelri ntre elementele i mrimile fizice ce intervin n cazul acestora.67n figura 4. este reprezentat simplificat structura unui regulator hidraulic de turaie de tip proporional-integral care are n structura sa un amortizor.Caurmareaacestei deplasri sedeschideunul dinorificiileprincareuleiul sub presiune poate trece n cilindrul elementului de execuie EE, ceea ce determin deplasarea pistonuluiia tijeiT2. Tija T2modific n sensuldorit admisia aburuluin instalaiatehnologici determindeplasareacilindrului Cal amortizorului hidraulic AMR. Amortizorul hidraulic reprezint elementul de corecie instalat pe o cale de reacie local negativ.Dup ncheierea regimului tranzitoriu provocat de o perturbaie (de exemplu o variaie a cuplului rezistent laarboreleturbinei), datoritarcurilor A1i A2punctul Qrevinela SUGESTII METODOLOGICECU CE?prezentare multimedia cu utilizarea n diapozitivele prezentrii a schemelorde principiu pentru componentele regulatoarelor hidraulicevideoproiector, calculatorfie de lucruCUM?metode de nvmnt: conversaie euristicmodelare problematizarebrainstorming

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologicfig.4. Regulator hidraulic de tip PIAxul AM are o turaie proporional cu turaia reglat, de exemplu turaia unei turbine.ArculA altraductoruluicentrifugalTC dezvolt o for proporional cu mrimea de intrare n sistemul de reglareautomat, iar foracentrifug determinatdetraductorul centrifugal TC depinde de turaia reglat.Deplasarea pe vertical a punctului M este proporional cu eroarea (mrimea de abatere), sensul deplasrii determinnd semnul abaterii.Prin deplasarea punctului M se deplaseaz punctul N i pistonul dublu al amplificatorului hidraulic AH realizat ca distribuitor.SUGESTII METODOLOGICECUM?explicaieproblematizareconversaie euristicbrainstormingPebazacunotineloranteriordobnditesepotfacecomparaiintre regulatoareleautomatestudiate(avantaje,dezavantaje,elemente componente) i corelri ntre elementele i mrimile fizice ce intervin n cazul acestora.68poziia iniial, modificndu-se poziia relativ dintre pistonul i cilindrul amortizorului ca urmare a trecerii uleiului prin rezistena hidraulic R.nnoul regimstaionar punctul Nrevinedeasemenealapoziiainiial, orificiilede trecereauleiului subpresiunespreelementul deexecuieEEfiindobturate. ncaz contrar trecereauleiului nEEar determinacontinuareadeplasrii pistonului acestui element i deci regimul tranzitoriu nu s-ar putea ncheia.Deoarece n noulregim staionar punctele N iQ revin la poziia iniial rezult c i punctul M revine la poziia iniial, astfel c prin aciunea sistemului de reglare automat turaia va fi readus la valoarea prescris, eroarea staionar fiind nul. Acest efect se obine datorit componentei integrale a legii de reglare (instalarea pe calea de reacie local negativ a amortizorului).n figura 5. este reprezentat schema de principiu a unui regulator hidraulic de tip I, de fapt schema de principiu a unei bucle de reglare a presiunii unui fluid dintr-o conduct.Mrimea reglat este presiunea fluidului ce trece prin conducta 1. Mrimea prescris, presiunea de consemn pn, este fixat de dispozitivul de prescriere alctuit din elementul de prescriere 7 i resortul 6. Cnd mrimea reglat este la valoarea prescris tubul 4 al amplificatorului hidraulic cu jet este dispus simetric fa de orificiile din placa frontal 8. Uleiul sub presiune care intr n conducta 5, trece prin 4 i se repartizeaz n mod egal prin canalele 9 i 10.Datoritaciunii unei perturbaii nsistem, deexempluovariaiededebit, mrimea reglat nu mai este egal cu mrimea prescris.Analizm cazul unei creteri a presiunii fluidului n conducta 1. Creterea de presiune este transmis elementului sensibil al traductorului de presiune, membrana elastic 2, care se deformeaz i transmite o deplasare liniar h tijei 3 care coboar. Deplasarea tijei face ca tubul 4 al amplificatorului s se roteasc cu un unghi n jurul punctului A, SUGESTII METODOLOGICECU CE?prezentare multimedia cu utilizarea n diapozitivele prezentrii a schemelorde principiu pentru componentele regulatoarelor hidraulicevideoproiector, calculatorfie de lucruCUM?metode de nvmnt: conversaie euristicmodelare problematizarebrainstorming

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologicfig.5. Regulator hidraulic cu comportare I69uleiul intrprinconducta10ncamerainferioaracilindrului 11aelementului de execuie, iar pistonul 12 se ridic. Micarea pistonului se transmite prin tija 13 clapetei 14caremicoreazseciuneadetrecereafluidului princonducta1conducndla scderea presiunii.Lascdereapresiunii pnlavaloareaprescrismembranatraductorului revinela poziia iniial, tubul 4 este readus prin intermediul resortului n poziia median corespunztoare regimului staionar. Aciunea dispozitivului de automatizare se continupncndpresiuneadinconduct(mrimeareglat) revinelavaloarea prescris, deci eroarea staionar este egal cu zero, cazul regulatoarelor de tip I.SUGESTII METODOLOGICECU CE?prezentare multimedia cu utilizarea n diapozitivele prezentrii a schemelorde principiu pentru componentele regulatoarelor hidraulicevideoproiector, calculatorfie de lucruCUM?metode de nvmnt: conversaie euristicmodelare problematizarebrainstorming

organizarea clasei: frontal, pe grupeUNDE?sala de claslaborator tehnologic70IV. Fia rezumatUnitatea de nvmnt __________________Fia rezumatClasa ________________Profesor______________________Nr. Crt.Nume i prenume elevCompetena 1 Competena 2 Competena 3 ObservaiiA 1 A 2 A X A 1 A 2 A 3 A 1 A 2 A 31 zz.ll.aaaa1234...Y1 zz.ll.aaaa reprezint data la care elevul a demonstrat c a dobndit cunotinele, abilitile i atitudinile vizate prin activitatea respectiv71V. Bibliografie1. Clin, Sergiu. (1976).Regulatoare automate,Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic2. Clin, Sergiu. .a. (1979).Bazele funcionrii echipamentelor electrice ielectronice din industria chimic, Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic3. Clin, Sergiu. .a. (1980).Bazele automatizrii n industria chimic,Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic4. Clin, Sergiu. .a. (1983).Echipamente electronice pentru automatizri,Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic5. Chivu, Aurelian. .a. (2005).Electronic analogic, electronic digital,Craiova:Editura Arves6. Dumitrache, Ioan. (2005).Ingineria reglrii automate,Bucureti: Editura Politehnica Press7. Florea, Simion. (1974).Echipamente de automatizare pneumatice i hidraulice, Bucureti: Atelierul de multiplicare IPB8. Florea, Simion. .a. (1980).Electronic industrial i automatizri,Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic9. Ionescu, Gabriel. .a. (1977).Aparaturpentruautomatizri,Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic10. Mare, Florin. .a. (2008).Moduledeautomatizare,Galai:EdituraPaxAura Mundi11. Mihoc, Dan. .a. (1979). Automatizri, Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic12. Mihoc, Dan. .a. (1984).Aparateelectricei automatizri,Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic13. Popescu, Stelian. .a. (1979).Echipamente electrice i electronice,Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic14. Rdoi, Constantin. .a. (1996). Aparate, echipamente i instalaii de electronic profesional, Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic15. Tertico, Mihai. .a. (1991).Automatizri industriale continue,Bucureti:Editura Didactic i Pedagogic72 73