Sisteme Automate Sorescu

8/9/2019 Sisteme Automate Sorescu

1/283

1

Sisteme automate

Vol. 1

Universitatea Tehnicde Construcii Bucureti

Draft v.9.4/2007


2/283

Sorin Larionescu Sisteme automate

2

CUPRINS

1. PREFA .............................................................................................................. 9

2. INTRODUCERE N TEHNICA SISTEMELOR AUTOMATE.................... 10

2.1.ISTORIA SISTEMELOR AUTOMATE ........................................................................11

2.2.SISTEM CU CONDUCERE MANUAL .....................................................................12

2.2.1. Schema tehnologic....................................................................................12

2.2.2. Schema bloc................................................................................................ 13

2.2.3. Algoritmul de conducere manual. ............................................................ 14

2.3.SEMNALE ............................................................................................................15

2.3.1. Semnale discrete logice..............................................................................15

2.3.2. Semnale continue........................................................................................ 15

2.3.3. Semnale eantionate ................................................................................... 15

2.4.SISTEM CU AUTOMAT CU CONTACTE I RELEE. ....................................................15

2.4.1. Schema tehnologiccu echipamentul de automatizare. ............................ 16

2.4.2. Schema bloc................................................................................................ 17

2.4.3. Schema desfuratelectric .....................................................................18

2.4.4. Algoritmul automatului ..............................................................................18

2.4.5. Simularea funcionrii automatului. .......................................................... 19

2.4.6. Structura sistemului automat. .................................................................... 22

2.4.7. Conducerea de la distan..........................................................................22

2.4.8. Intrrile i ieirile automatului. ................................................................. 23

2.4.9. Tehnologia de realizare a automatului. .....................................................23

2.4.10. Referina i eroarea maxim. ................................................................... 23

2.4.11. Perioada de oscilaiei...............................................................................24

2.4.12. Semnalizarea. ........................................................................................... 242.4.13. Rolul operatorului. ................................................................................... 24

2.5.SISTEM CU AUTOMAT PROGRAMABIL LOGIC -APL. ............................................24



3/283


3

2.5.2. Schema desfuratelectric. .................................................................... 25

2.5.3. Programul. .................................................................................................26

2.6.SISTEM CU REGULATOR BIPOZIIONAL -2P......................................................... 26


2.6.2. Schema bloc................................................................................................ 28

2.6.3. Eroarea maxim. ........................................................................................ 28

2.6.4. Legtura inversnegativ.......................................................................... 29

2.6.5. Algoritmul bipoziional - 2P....................................................................... 29

2.7.SISTEM CU REGULATOR PROPORIONAL -P.........................................................29

2.7.1. Algoritmul proporional - P. ......................................................................30

2.7.2. Constanta de proporionalitate a compensatorului ................................... 30


2.7.4. Schema bloc................................................................................................ 31

2.7.5. Intrarea treapti rspunsul indicial. ....................................................... 32

2.7.6. Regimul tranzitoriu i regimul staionar. ...................................................32

2.7.7. Rspunsul indicial n regim staionar. ....................................................... 33

2.7.8. Eroarea indicialn regim staionar. ........................................................34

2.7.9. Exemplu numeric........................................................................................ 34

2.7.10. Stabilitateai robusteea..........................................................................35

2.7.11. Banda de proporionalitate a compensatorului. ...................................... 352.8.SISTEM CU REGULATOR DIRECT. .........................................................................37

2.9.SISTEM CU REGULATOR PROPORIONAL INTEGRAL DERIVATIV PID ................. 38

2.9.1. Algoritmul PI. ............................................................................................. 38

2.9.2. Algoritmul PD. ........................................................................................... 40

2.9.3. Algoritmul PID........................................................................................... 40

2.10.SISTEM CU CALCULATOR. .................................................................................41

2.10.1. Conducerea de supraveghere i achiziia datelor .................................... 42

2.10.2. Reglarea PID numeric............................................................................442.10.3. Autotestareai autoacordarea. ................................................................ 46

2.10.4. Acordarea automatadaptiv..................................................................46

2.10.5. Configurarea asistatde calculator. ....................................................... 46


4/283


4

2.10.6. Sisteme de securitate la efracie i siguranla foc.................................46

2.10.7. Sisteme domotice. ..................................................................................... 46

2.11.MODELE CU VARIABILE DE STARE ALE SISTEMELOR.......................................... 47

2.12.MODELE N DOMENIUL FRECVENALE SISTEMELOR ....................................... 56

2.12.1. Scurt istoric .............................................................................................. 57

2.12.2. Semnale sinusoidale. Funcia de transfer. ...............................................58

2.12.3. Propagarea semnalelor sinusoidale prin sisteme liniare ........................ 59

2.12.4. Funcia de transfer a filtrului analogic de ordin unu. ............................. 60

2.12.5. Funcia de transfer a filtrului analogic de ordin doi ............................... 64

2.12.6. Semnale periodice. Seria Fourier ............................................................ 67

2.12.7. Semnale impuls. Transformarea Laplace. Funcia de transfer................ 67

2.12.8. Semnificaii fizice n domeniul frecven .................................................74

2.12.9. Rspunsul sistemelor la semnale impuls n domeniul frecven .............. 74

2.13.NOIUNI DE PROIECTRE A SISTEMELOR AUTOMATE ...........................................77

2.13.1. Proiectarea funcional............................................................................77

2.13.2. Proiectarea constructiv ..........................................................................80

3. SISTEME LOGICE COMBINAIONALE - SLC..........................................83

3.1.CODURI ..............................................................................................................85

3.2.ANALIZA SISTEMELOR LOGICE COMBINAIONALE ...............................................87

3.2.1. Sistem logic combinaional tip I...............................................................88

3.2.2. Sistem logic combinaional tip SAU........................................................... 89

3.2.3. Sistem logic combinaional tip NU............................................................. 90

3.2.4. Relaii logice caracteristice sistemelor logice combinaionale ................. 91

3.3.SINTEZA SISTEMELOR LOGICE COMBINAIONALE ................................................92

3.3.1. Metoda formei disjunctive canonice...........................................................92

3.3.2. Metoda diagramei Karnaugh .....................................................................95

3.4.TESTAREA SISTEMELOR LOGICE COMBINAIONALE ...........................................101

3.5.IMPLEMENTAREA SLCCU AUTOMATE PROGRAMABILE LOGICE ........................103

3.6.IMPLEMENTAREA SLCCU CIRCUITE ELECTRONICE INTEGRATE ......................... 105

3.7.ASPECTE CONSTRUCTIVE ALE SISTEMELOR LOGICE COMBINAIONALE..............106

3.7.1. Construcia releului electromagnetic....................................................... 107


5/283


5

3.7.2. Elemente reale ale sistemelor logice combinaionale .............................. 109

3.7.3. Hazardul combinaional...........................................................................110

3.7.4. SLC pentru aprinderea lmpilor dintr-un coridor lung...........................114

4. SISTEME AUTOMATE CU EVENIMENTE DISCRETE..........................116

4.1.MODELAREA SISTEMELOR CU EVENIMENTE DISCRETE ...................................... 117

4.2.DEFINIREA SISTEMELOR DISCRETE LOGICE. ....................................................... 122

4.3.TIPURI DE REELE PETRI. .................................................................................. 123

4.3.1. Reele Petri autonome. .............................................................................123

4.3.2. Reele Petri interpretate. ..........................................................................123

4.3.3. Reele Petri temporizate. ..........................................................................123

4.4.ANALIZA STRUCTURALA SISTEMELOR CU EVENIMENTE DISCRETE..................1244.4.1. Structuri tip folosite la modelarea cu reele Petri.................................... 124

4.4.2. Reele Petri ordinare. ...............................................................................124

4.4.3. Reele Petri pure....................................................................................... 125

4.4.4. Poziia surssau receptor. .......................................................................125

4.4.5. Tranziia validat. .................................................................................... 125

4.4.6. Tranziia declanat. ................................................................................126

4.4.7. Conflictul structural i conflictul efectiv al tranziiilor. ..........................126

4.4.8. Interblocarea prin interpretare. ............................................................... 127

4.5.ANALIZA COMPORTAMENTALA SISTEMELOR CU EVENIMENTE DISCRETE........ 127

4.5.1. Ecuaia de stare........................................................................................ 127

4.5.2. Graful marcajelor accesibile. .................................................................. 128

4.6.PERFORMANELE SISTEMELOR CU EVENIMENTE DISCRETE................................128

4.6.1. Reversibilitatea......................................................................................... 129

4.6.2. Mrginirea i sigurana. ..........................................................................130

4.6.3. Viabilitatea. .............................................................................................. 132

4.7.SISTEME CU EVENIMENTE DISCRETE I EVOLUIE PARALEL............................. 133

4.8.MAINA DE STARE. ........................................................................................... 136

4.9.GRAFCETUL. .....................................................................................................138

4.9.1. Trecerea de la reeaua Petri la grafcet....................................................138

4.9.2. Etape, tranziii i legturi orientate. ........................................................ 139


6/283


6

4.9.3. Interpretarea tranziiilor. .........................................................................140

4.9.4. Interpretarea etapelor. .............................................................................140

4.9.5. Reguli de evoluie n grafcet..................................................................... 141

4.9.6. Structuri folosite la modelarea cu grafcet a sistemelor discrete logice... 141

4.9.7. Compararea grafcetului cu reeaua Petri. ...............................................142

4.10.SINTEZA SISTEMELOR DISCRETE LOGICE. ........................................................ 144

4.11.IMPLEMENTAREA SISTEMELOR DISCRETE LOGICE. ...........................................145

4.12.AUTOMATE ELEMENTARE CU CONTACTE I RELEU. ......................................... 145

4.12.1. Analiza structural. ................................................................................146

4.12.2. Analiza comportamental. ..................................................................... 147

4.12.3. Automatul elementar cu basculare......................................................... 148

4.12.4. Automatul elementar cu prioritate la oprire. ......................................... 152

4.12.5. Automatul elementar cu prioritate la pornire. ....................................... 155

4.12.6. Automatul elementar cu neschimbarea strii......................................... 157

4.12.7. Automatul elementar pentru reglarea bipoziional. ............................. 159

4.13.AUTOMATE ELEMENTARE CU CIRCUITE INTEGRATE ........................................ 162

4.13.1. Bistabilul RS........................................................................................... 162

4.13.2. Bistabilele SR i SRC. Sincronizarea. ....................................................164

4.13.3. Bistabilul SCR Master Slave. .............................................................. 165

4.13.4. Bistabilul JKC. ....................................................................................... 1664.13.5. Bistabilul D. ........................................................................................... 166

4.13.6. Bistabilul T............................................................................................. 167

4.14.PROIECTAREA AUTOMATELOR IMPLEMENTATE CU CONTACTE I RELEE ..........168

4.14.1. Schema tehnologic i schema bloc ......................................................168

4.14.2. Caietul de sarcini al automatului........................................................... 171

4.14.3. Analiza structurali comportamental ................................................171

4.14.4. Sinteza automatului cu contacte i relee. ...............................................172

4.14.5. Implementarea automatului cu contacte i relee. ..................................1754.15.PROIECTAREA AUTOMATELOR IMPLEMENTATE CU BISTABILE ......................... 177

4.15.1. Sinteza i implementarea automatului cu bistabile tip D.......................177

4.15.2. Sinteza i implementarea automatului cu bistabile JKC........................ 180


7/283


7

4.15.3. Problema iniializrii sistemului discret logic.......................................181

4.16.PROIECTAREA AUTOMATELOR IMPLEMENTATE CU APL..................................185

4.16.1. Metoda Grafcet ...................................................................................... 190

4.16.2. Metoda listei de instruciuni...................................................................190

4.16.3. Metoda schemei desfurate .................................................................. 197

4.16.4. Schema electrica desfuratpentru APL .............................................199

4.16.5. Metoda de proiectare pentru APL aplicatla contacte i relee ............ 200

4.16.6. Proiectarea automatelor pentru reele Petri simple. .............................202

4.16.7. Proiectarea automatelor folosind automate elementare tip RS............. 202

4.17.ASPECTE CONSTRUCTIVE ALE AUTOMATELOR CU EVENIMENTE DISCRETE....... 203

4.17.1. Schema tehnologiccu echipamentul de automatizare .........................203

4.17.2. Schema electricdesfurat ................................................................. 207

4.17.3. Tipuri constructive de automate programabile logice........................... 212

4.18.AUTOMATE PENTRU MOTOARE........................................................................ 214

4.18.1. Alimentarea automatelor pentru motoare..............................................214

4.18.2. Automat pentru pornirea direct............................................................ 215

4.18.3. Automat pentru pornirea stea triunghi...................................................216

4.19.SUBSISTEME SPECIFICE ALE AUTOMATELOR....................................................217

4.19.1. Sisteme de alimentare............................................................................. 217

4.19.2. Sisteme de achiziie a intrrilor din proces ...........................................2184.19.3. Sisteme de conducere automat ............................................................. 218

4.19.4. Sisteme de conducere manual .............................................................. 219

4.19.5. Sisteme de semnalizare automat .......................................................... 219

4.19.6. Sisteme de execuie i de protecie automat ......................................... 220

4.20.APLICAII .......................................................................................................220

4.20.1. Automate simple cu APL ........................................................................ 220

4.20.2. Automat cu APL Tl5 pentru banda rulant............................................ 228

4.20.3. Automat cu APL pentru motorul reversibil cu iniializare.....................2334.20.4. Automat cu contacte i relee pentru ascensor........................................239

4.20.5. Automat cu APL pentru anclanarea automata rezervei tehnologice.247

5. SISTEME DE CONDUCERE AUTOMATN CAZ DE PERICOL ........ 252


8/283


8

5.1.CONCEPTELE SISTEMELOR DE SECURITATE LA EFRACIE I SIGURANLA FOC 254

5.2.CENTRALE DE CONDUCERE N CAZ DE PERICOL.................................................257

5.3.TRADUCTOARE PENTRU SISTEME DE SECURITATE LA EFRACIE......................... 258

5.3.1. Detectoare pasive n infrarou - PIR ....................................................... 258

5.3.2. Monitoare video de micare ..................................................................... 258

5.3.3. Controlere de acces.................................................................................. 259

5.3.4. Sisteme de identificare cu frecvenradio ...............................................262

5.4.TRADUCTOARE PENTRU SISTEME DE SIGURANLA FOC .................................. 263

5.4.1. Butoane manuale de semnalizare.............................................................265

5.4.2. Detectoare de temperatura ...................................................................... 266

5.4.3. Detectoare de fum cu ionizare..................................................................268

5.4.4. Detectoare de fum optice.......................................................................... 270

5.4.5. Detectoare de fum fotoelectrice cu obturarea luminii ............................. 270

5.4.6. Detectorare de fum fotoelectrice cu difuzarea luminii.............................271

5.4.7. Amplasarea detectoarelor de pericol la incendiu ................................... 272

5.5.SISTEM SIMPLU DE SECURITATE........................................................................ 276

5.6.SISTEMUL MICROSAM..................................................................................... 277

6. BIBLIOGRAFIE ............................................................................................... 281


9/283


9

1. Prefa

Acest curs este destinat studeniilor de la Facultatea de Instalaii i de laDepartamentul de Automatici InformaticAplicati o denumire mai riguroasa sa ar fiSisteme de conducere automat a echipamentelor, instalaiilor i serviciilor din locuine i

cldiri1. Se foloseste frecvent si denumirile de Sisteme automate sau Automatizarea

instalaiilor. Denumirea Sisteme automate reprezint o prescurtare avantajoas si reflecttotodat faptul c sistemele automate din cldiri sunt aceleai cu cele din industrie sau altedomenii, diferenele fiind de nuane i accente2. De exemplu, n industrie multe utilaje iechipamente funcioneaz ntr-un mediu prietenos, programat i cu tehnologii alese astfel

nct perturbaiile s fie ct mai mici. Cerinele referitoare la performane i fiabilitate sunt

foarte ridicate. Funcionarea instalaiilor din cldiri se realizeaz ntr-un context mai puinprietenos deoartece depinde foarte mult de activitatea zilnic a omului i perturbaiilemediului nconjurtor. Pe de altparte cerinele referitoare la fiabilitate i performane nu sunttot att de riguroase ca n industrie ceea ce conduce la costuri mai mici. Din aceste motive n

automatizarea instalaiilor se implementeaz cel mai repede ultimele nouti din teoria itehnologia conducerii automate. Pe de alt parte sistemele de conducere automat dintransporturi i armat funcioneaz totodat, spre deosebire de cele din industrie sau cldiri,att n medii foarte neprietenoase ct i cu condiii stricte referitoare la performane ifiabilitate.

Acest curs prezentat n form electronic, format pdf, este actualizat frecvent. Din

acveastcauzeste importantversiunea i anul apariiei.

1La Facultatea de Instalaii este ncetenitdenumirea deAutomatizarea instalaiilor. Acest nume pune

accentul pe aciuneade conducere automati lasn planul doi analiza i proiectarea componentelor sistemelor

automate. In englezse folosete:Home and Building Automation2De exemplu, sistemele de conducere automat din cldiri funcioneaz, spre deosebire de cele din

industrie, mai mult n regim de reglare automati mai puin n regim de urmrire sau filtrare.


10/283


10

2. Introducere n tehnica sistemelor automate

Noiunea de sistem se refer ntotdeauna la o mulime de obiecte, aciuni sau ideiaflate n interaciune pentru un anumit scop. In aceastlucrare vom folosi aceastdenumirenumai n legturcu o mulime de obiecte fizice. Dacne referim la obiectele tehnice dintr-ocldire, care mpreunasiguranumite servicii, sistemul mai este cunoscut i sub numele deinstalaie3.

Sistemele cu conducere automat, pe scurtsistemele automate4, sunt un tip particularde sisteme a cror scop este s funcioneze bine, fr intervenia omului, realiznd anumite

performanen diferite regimuri de funcionare: urmrirea unui program sau a variaiei uneivalori de referin, reglarea pentru nlturarea perturbaiilor, filtrarea zgomotelor, sau

insensibilitate la variaia parametrilor procesului condus din instalaie.Printre performanele sistemelor automate menionm pe cele care se referla blocri,interblocri, repetare, siguran, accesibilitate, stabilitate, eroare, suprareglare, durataprocesului tranzitoriu, robustee i optimizare.

Sistemele automate au elemente i structuri specifice. Un sistem automat tipic esteformat din urmtoarele elemente componente: 1) elemente de conducere (automate,

termostate, presostate, regulatore, controlere, calculatoare, etc), 2) elemente de execuie(servomotoare, pompe, robinete, rezistoare, etc), 3) elemente de msurare (traductoare,

detectoare), 4) elemente conduse (echipamente,instalatii, procese).

Structura este format din mulimea relaiilor dintre elemente. Structura tipic a

sistemelor automate o reprezintbucla care conine o legtur invers negativ (feedback,reacie) de la ieirea la intrarea sistemului.

n esenun sistem este automat dac: 1) are o structurde tipfeedback negativi/sau2) are un mecanism dememorare5.

Elementele componente ale sistemului automat pot fi de natur termic, hidraulic,electric, mecanic, chimicsau pneumatic.

Principalele probleme referitoare la sistemele automate sunt: analiza, sinteza, testarea,

optimizarea, identificarea i proiectarea.

3 Noiunea de sistem este utilizat ntr-un cadru mai larg. Se poate folosi, de exemplu, termenul de

sistem de nclzire sau echivalentul su instalaie de nclzire. Termenul sistem de transport nu are ns

echivalent.4Instalaiile automate.5Memorarea poate fi realizatprin mai multe metode, una dintre ele fiind metoda feedbackului pozitiv.


11/283


11

Scopul sistemelor automate prezentate n continuare l constitue conducerea,

semnalizarea, protecia, alarmarea i optimizarea performanelor referitoare la confort,consum de energie i material, pericole i sensibilitatea la defeciuni.

Conceptele i metodele sistemelor automate vor fi prezentate n continuare pe scurtplecnd de la sistemele cu conducere manuala.

2.1. Istoria sistemelor automate

Rzboiul de esut cu cartele perforate, primul sistem de conducere automat cuevenimente discrete, a fost inventat de Joseph-Marie Charles Jacquard n 1800.

Primul sistem de reglare automat, n sens modern, a folosit regulatorul mecaniccentrifugal al lui James Watt (1769) prezentat n Fig. 2.1. Acest aparat regla automat viteza

unei maini cu aburi cu ajutorul unui robinet de reglare a debitului de abur. Creterea vitezeimainii cu aburi provoca ridicarea bilelor datoritforei centrifuge. Are loc o reacie negativcare nchide robinetul aducnd viteza la valoarea doritde referin. Acest tip de regulator estefolosit i astzi. Analiza fcutde Clark Maxwell acestui sistem n 1868 a condus la primulcriteriu de stabilitate a sistemelor care solicita prezena polilor sistemului cu bucla nchisnsemiplanul stng.

Fig. 2.1 Regulatorul centrifugal al lui Watt.

Termostatul cu bimetal a fost inventat6n 1885. Harold Stephen Black7a inventat n

1923 primul amplificator electronic cu reacie negativiar Hendrik Wade Bode a pus bazele

teoriei sistemelor cu reacie. n anii celui de al doilea rzboi mondial s-a inventat pilotul

6Inventatorul a fost Al Butz care a pus bazele companiei Honeywell7De la American Telephone and Telegraph. Acordarea brevetului de inven ie a durat nouani deoarece

specialitii nu credeau csistemul funcionaz.


12/283


12

automat8, servo - sistemele de urmrire a poziiei pentru nave i tunuri, regulatorul PID i s-aintrodus metoda de analizbazatpe modelele funcionale9i criteriul de stabilitate Nyquist.Metoda locului rdcinilor a lui Evans a aprut n anii de dup 1950 odat cu conducerea

optimal i conducerea adaptiv. Conducerea numeric direct10 i modele cu variabile destare au fost folosite ncepnd cu anii 1960. ntre anii 1970 i 1980 au aprut sistemele deconducere cu microcalculatoare, cu automate programabile logice, sistemele de conducere

distribuite11i tehnologia de autoacordare i acordare a regulatoarelor.

2.2. Sistem cu conducere manual

Cele mai simple sisteme cu conducere automat reproduc modul de conduceremanual. Vom prezenta un exemplu simplu i pentru descrierea acestuia vom folosiprincipalele concepte folosite la sistemele automate: schema tehnologiccu echipamentul de

automatizare, schema bloc i algoritmul de conducere.

2.2.1. Schema tehnologic.

Sconsiderm un sistem de nclzire a apei menajere dintr-o cldire. Reprezentareaobiectelor componente se face cu ajutorul unui desen simplificatnumitschemtehnologic,

ca n Fig. 2.2. n acest caz instalaia este compusdin mai multe obiecte tehnice: pompa P,rezervorul, rezistorul de nclzire R, termometrul Z, rigla M1 de msura nivelului, contactulS1 de alimentare al rezistorului i robinetele V1 i V2. Ele formeaz un sistem deoareceinteracioneazntr-un anumit scop: obinerea apei calde.

8Primul pilot automat inventat de Honeywell a fost produs n peste 110000 exemplare.9Modele caracterizate de funcia de transfer.10DDC - Direct digital control.11Primul sistem a fost elaborat de firma Honeywell


13/283


13

Fig. 2.2 Schema tehnologica sistemului (instalaiei) de nclzire a apei menajere.

In instalaie exist procese de natur fizic diferit: hidraulic, termic, electric imecanic. Din aceastcauzla proiectarea instalaiei se definesc sisteme separate, mai simple

dect cel din Fig. 2.2. De exemplu, sistemul termic poate cuprinde numai trei obiecte:rezistorul de nclzire, termometrul i rezervorul.

2.2.2. Schema bloc

Instalaia din Fig. 2.2 este condus manual. Operatorul observ temperatura z inivelul y al apei i acioneaz butonul de nclzire S1 i robinetul V1 pentru a obine valoriledorite. Din punctul de vedere al conducerii instalaiei toate amnuntele din Fig. 2.2nu suntnecesare. Se renun la ele i se definete un sistem de conducere manualsub forma unei

scheme blocca n Fig. 2.3. Sistemul are n cazul acesta o singurcomponentdenumitbloc.Acesta este o cutie neagr12care ascunde amnuntele din Fig. 2.2i pune n evidennumai

intrrile i ieirile sistemului. Dacse poate considera cfiecare intrare influeneaznumai osingurieire13atunci se poate defini o schembloc pentru sistemul de conducere a niveluluiprezentat n Fig. 2.4 cu o singur intrare m i o singur ieire y. Se observ n aceasta cblocul se refer numai la procesul hidraulic de umplere al instalaiei i nu cuprinde toatecomponentele sistemului din Fig. 2.2 care include i nclzirea apei. Schema tehnologiccorespunztoare este prezentatn Fig. 2.5. Sistemele cu o intrare i o ieire14vor fi singurelecare vor fi luate n considerare n continuate

12Black box.13 In realitate fiecare intrare influeneaz ambele ieiri. De exemplu debitul m influeneaz ntr-o

oarecare msuri temperatura z, nu numai nivelul y.14SISO Single Input Single Output


14/283


14

Fig. 2.3 Schema bloc a sistemului de conducere manualpentru instalaia de nclzire.

2.2.3. Algoritmul de conducere manual.

Conducerea manual a procesului de umplere din instalaia din Fig. 2.5 se face inmodul urmtor. Operatorul observpe rigla M1 valoarea actualy i valorile dorite (referine)m (valoarea minim) i M (valoarea maxim) a nivelului n rezervor. Pentru situaia din Fig.

2.5 se obine y=3, m=1, i M=3. Operatorul face cteva comparaii logice i n funcie derezultatele obinute executcteva aciuni. n cuvinte obinuite comportarea operatorului esteurmtoarea: dacnivelul este mai mare dect nivelul maxim M nchide robinetul V1 iar dacnivelul este mai mic dect nivelul minim m deschide robinetul V1. Robinetul V1 este normal

nchis. Deschiderea lui se face cu ajutorul electromagnetului S1 prin acionarea contactuluiu15.

Fig. 2.4 Schema bloc a sistemului de conducere manuala nivelului din instalaia de

nclzire.

15Regulator manual.

Bloc(cutie neagra)

m

i

y

z

Procesm

y


15/283


15

Fig. 2.5 Schema tehnologica sistemului pentru reglarea manuala nivelului.

2.3. SemnaleLegtura dintre elementele componente ale sistemelor de conducere automate se face

prin intermediul semnalelor.

2.3.1. Semnale discrete logice

Semnalele discrete logice au numai dou valori: adevrat (valoarea logic 1) i fals(valoarea logic 0) i pot fi realizate fizic n diferite variante, de exemplu cu ajutorulcontactelor i releelor care au doustri: acionat i neacionat

2.3.2. Semnale continue

Semnalele continue au o variaie continun timp de tip periodic, impuls sau aleatoriu.Semnalul treaptunitar, semnalul rampunitarsau semnalul sinusoidal sunt semnale de tipcontinuu

2.3.3. Semnale eantionate

Sistemele de conducere cu calculatoare folosesc semnale eantionate n timp cu operioada constant.

2.4. Sistem cu automat cu contacte i relee.

Operaiile efectuate de operatorul din Fig. 2.5 sunt n esenurmtoarele:1) Msurarea nivelului,2) Realizarea algoritmului de conducere,

3) Execuia comenzii.

V2

Pm

y

M1

S1

u

3

2

1

0

min

Max


16/283


16

Lista 2.1 Algoritmul pentru reglarea manual.

2.4.1. Schema tehnologiccu echipamentul de automatizare.

Instalaia n care nivelul rezervorului este reglat automat este prezentat cu ajutorulschemei tehnologice din Fig. 2.6. Msurarea nivelului este realizatde un traductor formatdintr-un plutitor i un contact normal nchis cu memorare mecanic. Atunci cnd nivelulcrete i palpatorul a acioneaz contactul i l deschide. Motorul pompei se oprete. Dacnivelul scade destul de mult palpatorul b acioneaz contactul i l nchide. Atunci cnd

nivelul se afl ntre aceste dou poziii automatul memoreaz ultima valoare (acionat,neacionat) a contactului. Contasctul comand elemetul de execuie format din motorulelectric M i pompa.

Instalaiile automatizatesunt reprezentate simplificat cu ajutorul schemei tehnologicecu echipamentul de automatizare reprezentat n mod standardizat.De exemplu, instalaiei dinFig. 2.6 i corespunde schema din Fig. 2.7.

Aparatele sunt prezentate n schema tehnologiccu echipamentul de automatizare dinFig. 2.7sub forma unor cercuri numerotate de la 1 la 3. Tipul fiecrui aparat este specificatdeasupra numrului aparatului sub forma unui grup de dou litere16. Prima liter este L iindicfaptul ctoate aparatele sunt destinate conducerii nivelului (n englezlevel)17. A doua

16STAS 6755-81.17 Alte litere frecvent ntrebuinate sunt urmtoarele: B-flacr, E-tensiune electric, F-debit, H-

acionare manual, K-timp sau program, L-nivel, M-umiditate, O-semnificaie la alegere, P-presiune, Q-cantitate,

S-vitezsau frecven, T-temperatur, W-greutate sau for, Z-poziie.

Se aplicuna dintre regulile:

Regula 1: Dac(y>Max)=Adevrat, atunci (k=acionat)=Fals, adicse

lasnchis robinetul V1.

Regula 2: Daca (y>min)=Fals, atunci (k=acionat)=Adevrat, adicse

deschide robinetul V1.

Regula 3: Daca (y>min) I NU(y>Max)=Adevrat, atunci se repetaciunea

precedent. Pentru a putea face aceasta se memoreazde

fiecare datvaloarea variabilei logice (k=acionat) i deci se tie care a

fost ultima aciune de deschidere sau nchidere a robinetului V1.


17/283


17

i a treia liter indic funciunea aparatului. Aparatul 1 are litera T care indic funcia detransmisie la distan, aparatul 2 are litera K, adic este o staie de comandcu contacte irelee i litera A pentru funciunea de semnalizare, iar aparatul 3 este un element de execuie

deoarece are litera Z n poziia a doua18. Cercurile cu o linie orizontalindicaparate montaten camera de comand, de exemplu cel cu numrul 3, iar cercurile fr linie orizontaldesemneaz aparate montate pe instalaie, cum este traductorul de nivel cu numrul 1, Fig.2.7. Distana dintre locurile n care sunt montate aparatele 1 i 2 poate fi mare, nedepind

ns1000 metri.

Fig. 2.6 Schema tehnologicpentru reglarea automatanivelului folosind drept element de

executie o pomp.

2.4.2. Schema bloc

O altformde prezentare a sistemului automat din Fig. 2.7este schema bloc din Fig.2.9. Dacblocurile din schema tehnologicprezentate sub formde cercuri reprezintaparatedistincte constructiv, dreptunghiurile din schema bloc colecteaz toate aparatele cu aceiaifunciune. De exemplu, amplificatorul 3 i electromagnetul S1 din schema tehnologic suntprezentate sub forma unui singur bloc n Fig. 2.9: elementul de execuie. Operatorul dinschema bloc introduce referina sistemului automat, adicvalorile dorite pentru nivelul maximi nivelul minim.

18Alte semnificaii ale literei din poziia a doua care indic funciunea aparatului sunt: A-alarm, C-

reglare, E-element primar al traductorului, I-indicare, L-lamppilot, N-semnificaie la alegere, R-nregistrare, Z-

element de execuie.


18/283


18

2.4.3. Schema desfuratelectric

Inginerul automatist trebuie s proiecteze automatul 2 din Fig. 2.7 sau Fig. 2.10. Opies important a proiectului este schema desfurat electric cu contacte i relee. Ovariantsimplificateste prezentatn Fig. 2.8. Schema are forma unei scri19culcate n caretreptele reprezint circuite numerotate i conectate ntre barele de alimentare cu tensiuneelectric. De exemplu n circuitul 10 se gsete bobina releului K i contactul normal nchis a.Diagrama de contacte a releului desenat sub numrul circuitului arat c acesta are doucontacte normal deschise, unul situat n circuitul 20 iar altul n circuitul 3020. In circuitul 30 al

schemei apare contactorul K1. Acesta este un releu de for, cu rol de amplificare a curentuluifurnizat de automat astfel nct acesta s aibo valoare suficient de mare pentru acionareaelectromagnetului S1 din circuitul 40. Semnalizarea umplerii rezervorului este fcut delampa H1 din circuitul 50.

Fig. 2.7 Schema tehnologiccu echipamentul de automatizarea a sistemului cu automat cu

contacte i relee pentru reglarea nivelului si element de executie pompa.

2.4.4. Algoritmul automatului

n orice prezentare tehnic a unui sistem automat trebuie s se indice algoritmul deconducere. Exist foarte multe moduri n care poate fi condus o instalaie. Din motivepractice se preferde cele mai multe ori cteva variante de algoritm clasice. n cazul de fa ,algoritmul prezentat n Lista 2.1 pentru conducerea manual i aplicat i la conducerea

19Ladder network, n englez.20Detalii privind ntocmirea schemelor desfurate electrice n IEC 1082-1 (decembrie 1982), STAS

7070-74 i manualele de proiectare a instalaiilor de automatizare.


19/283


19

automateste de tip automat secvenial bipoziional21, sau prescurtat tip 2P. Potrivit acestuialgoritm instalaia automat se gsete numai n dou poziii22: umplere sau golire.Conductorul manual sau automat basculeazsistemul ntre aceste poziii astfel nct nivelul

sse meninntre limitelemin iMax.

2.4.5. Simularea funcionrii automatului.

Descrierea funcionrii sistemului automat poate fi fcut n multe feluri, dintre caremenionm: cu ajutorul formulelor, a programelor pe calculator sau prin cuvinte cu ajutorulunei simulri intuitive n imaginaie23. Ultima variant este preferat tehnicienilor de

ntreinere a automatelor cu contacte i relee. S exemplificm aceastmetod de simularepentru sistemul automat descris de Fig. 2.10 i Fig. 2.8.

Simularea pornete cu sistemul avnd condiii iniiale zero, adicrezervorul este gol itoatinstalaia nu este alimentatcu energie electric.

Se alimenteaz instalaia cu energie electric. Pompa P pornete i traductorul,automatul i elementul de execuie intrn funciune.

Traductorul msoarnivelul n rezervor. El are doi electrozi montai la nivelul min inivelul Max, Fig. 2.10. n momentul n care apa acoperelectrodul min apare un curent ntreacesta i fundul rezervorului24 care acioneaz contactul a. Asemntor, atunci cnd apaacoperelectrodul Max se acioneazcontactul b.

n situaia existentla nceputul simulrii pompa abia a pornit, nivelul y este mai micdect min i nici un contact a sau b nu este acionat.

Automatul primete semnalele a i b sub formde contacte i n funcie de valoarea lor

trimite o comandelementului de execuie. n situaia iniialnici un contact nu este acionati n schema din Fig. 2.8 se petrec mai multe aciuni. De la borna +24V a tensiunii dealimentare circul un curent prin circuitul 10 deoarece contactul a, normal nchis, nu esteacionat25. Releul K i acioneaz toate contactele sale situate, conform diagramei decontacte, n circuitele, 20, 30 i 50.

Contactorul K1 acioneazi lampa H1 se aprinde semnaliznd umplerea rezervorului.Contactul lui K1 din circuitul 40 se acioneaz, deci fiind normal deschis se nchide i

21Mai exact bipoziional cu histerezis de lime 2h = Max - min.22St

ri.

23Din pcate aceastmetodnu mai este utiln cazul sistemelor automate mai complicate descrise n

continuare. n aceste cazuri sistemul este descris cu ajutorul funciilor de transfer sau a programelor de simulare

pe calculator.24Rezervorul este metalic, altfel se monteazun electrod suplimentar la fundul su.25Traseul curentului este urmtorul: borna +24V, contactul a, bobina releului K, borna 24V.


20/283


20

electromagnetul S1 intrn funciune deschiznd robinetul V1. Rezervorul ncepe sse umplei nivelul crete. La un moment dat apa acoperelectrodul min al traductorului, deci y>min, icontactul a este acionat. Fiind normal nchis contactul a se deschide.

Fig. 2.8 Schema desfuratelectricsimplificatpentru automatul 2, elementul de execuie

3 i electromagnetul S1 din Fig. 2.10.

Apare o nousituaie pentru automat pe care acest trebuie so interpreteze. Circuitul10 prin care a fost atras releul K se ntrerupe datorit deschiderii contactului a. Cu toateacestea releul K rmne acionat prin circuitul 20 datoritfaptului ccontactul k este nchis.Ne reamintim cacest contact a fost nchis la pornirea instalaiei cnd releul K s-a atras princircuitul 10. Acum, cnd acest circuit s-a ntrerupt contactul k din circuitul 20 menine releulatras. Tehnicienii numesc acest contact de automeninere. Observm c releul i meninesingur starea precedent cu ajutorul contactului su de automeninere. Deoarece K rmneatras nu se schimbnimic din funcionarea instalaiei i nivelul crete n continuare.

La depirea nivelului maxim Max se acioneazcontactul b care fiind normal nchisn circuitul 20 se deschide. n aceast situaie releul K este nu mai este acionat deoarece

K1

a

k

b

k

K

10 20

30

20

Automat Amplificator

30

+24V

-24V

S1

k1

40

50

40

H1

k

Electromagnet Semnalizator

50


21/283


22/283


22

rezervor este cuprins ntre valoarea min i Max a poziiei electrozilor traductorului. n aceastsituaie, la funcionarea normalsistemul i menine prin contactul de memorare k, circuitul20 Fig. 2.8, starea anterioar de funcionare. Cu alte cuvinte, dac robinetul era deschis

rmne deschis iar dacera nchis rmne nchis. n aceaststare de avarie robinetul V1 estentotdeauna nchis i rezervorul se golete pn cnd nivelul scade sub valoarea m aelectrodului traductorului de nivel. Din acest moment se reia ciclul normal de funcionare.

2.4.6. Structura sistemului automat.

Instalaia din Fig. 2.10 este automatizatspre deosebire de instalaia din Fig. 2.5 careeste condus manual. Un sistem automat este caracterizat prin prezenamemoriei sau alegturi inverse (feedback, reacie)26. In felul acesta el evolueaz n timp fr a mai finecesar intervenia omului. Pentru automatul cu contacte i releu din Fig. 2.8 memorareastrii precedente a instalaiei este realizat cu ajutorul contactului de automeninere k carereprezinttot o legturinversde la ieirea releului la intrarea sa. Legtura inversdin Fig.2.7urmeazurmtorul drum: ieirea y (nivelul msurat n metrii) a procesului reglat automatdin instalaie, aparatul 1 (traductorul), aparatul 2 (automatul), aparatul 3 (elementul deexecuie), electromagnetul S1, robinetul V1 i intrarea u (debitul msurat n m3/h) aprocesului. Ea poate fi observatmai bine n schema bloc a sistemului automat din Fig. 2.9. nlimbaj ingineresc legtura inverseste caracterizatprin existena unei bucle. Aparatele carefac parte dintr-o bucl se disting uor n schema tehnologic deoarece au simbolul deidentificare cu aceiai prim liter. De exemplu, n Fig. 2.7 exist o bucl de reglare anivelului iar simbolul celor trei aparate ncepe cu litera L.

2.4.7. Conducerea de la distan.

O alt caracteristic important a sistemelor automate, neobligatorie dar frecventntlnit, o constitue conducerea procesului de la o distancuprinsntre civa metri i 1000metri. i instalaia automatdin Fig. 2.10 posedaceastcaracteristicdeoarece aparatele 1 i3 sunt montate pe instalaie iar aparatul 2, automatul cu contacte i releu, este montat ncamera de comand27deoarece simbolul su are o barorizontal.

26Termenul de feedback reprezintdenumirea engleza legturii inverse specifice sistemelor automate

i este folosit deseori ca atare i n limba romn. Termenul de reacie pentru legtura inverseste inspirat din

limba francezi este folosit mai ales n electronic.27Faptul ceste montat n camera de comandrezultdin prezena unei linii ntre simbolul i numrul

su.


23/283


23

2.4.8. Intrrile i ieirile automatului.

Semnalele cu care aparatele de automatizare comunic ntre ele reprezint ocaracteristicfoarte important. Natura lor fizici tipul lor influeneazrapiditatea sistemuluiautomat, distana de la care se poate face conducerea sistemului i tipul aparatelor deautomatizare folosite. Din Fig. 2.8 i Fig. 2.9 rezultc intrrile i ieirile automatului suntsemnale de tip contact. Distana la care pot fi transmise aceste semnale este de ordinul zecilorde metrii.

2.4.9. Tehnologia de realizare a automatului.

Modul n care este implementat automatul influeneaz puternic multe caracteristicitehnice i economice ale sistemului automat. Automatul din Fig. 2.8 este realizat cu contactei releu. Aceast tehnologie a fost i ncmai este foarte rspndit la realizarea sistemelorautomate mici i ieftine. Exista o mare experienn domeniul acestei tehnologii, acumulatpe parcursul zecilor de ani de folosin. Sistemele automate realizate cu ajutorul ei suntrobuste, ieftine, pot funciona n medii ostile, sunt puin sensibile la perturbaii, pot fi realizate

ntr-un numr mare de variante care s se adapteze la procese foarte diferite i pot fintreinute uor de un personal cu o calificare nu prea nalt. De exemplu, automatul din figuraFig. 2.8 se poate adapta foarte uor la o altschemtehnologic, prezentatn Fig. 2.10, ncare elementul de execuie este un robinet acionat de un electromagnet.

2.4.10. Referina i eroarea maxim.Se poate defini o valoare medie a nivelului numitreferin:

(2.1)

i eroarea maxim

(2.2)

sau eroarea maximprocentual

(2.3)

2

min+=

Maxw

2

minmax

=

Maxe

min

minmax+

=

Max

Max

w

e


24/283


24

2.4.11. Perioada de oscilaiei.

O altperformana sistemului automat o constitue perioada T0de umplere i golire arezervorului. Evident, cu ct eroarea e este mai miccu att valoarea y a nivelului este maiconstanti mai apropiatde referina w, dar manevrele de umplere-golire sunt mai repetate,adicT0este mic. n multe situaii se alege eroarea e astfel nct T0 > 10 minute.

2.4.12. Semnalizarea.

n afar de meninerea constant a nivelului n rezervor28 automatele semnalizeazoperatorului i apariia diferitor evenimente dorite i nedorite n funcionarea instalaiei. nacest exemplu simplu se semnalizeaz aciunea de umplere a rezervorului prin intermediul

lmpii H1 din circuitul 50 al schemei din Fig. 2.8.

2.4.13. Rolul operatorului.

n sfrit, se observca la sistemele cu automat cu contacte i releu din Fig. 2.7i Fig.2.10 operatorul este totui prezent. Rolul su s-a redus ns numai la fixarea nivelelor dereferin Max i min. Din pcate schimbarea nivelului de referin const n montareaelectrozilor traductorului pe rezervor la distane diferite i deci conducerea instalaiei de ladistan nu este posibil n totalitate. Aceasta este o deficien major a instalaiei carefolosete pentru reglarea nivelului un automat cu contacte i releu.

2.5. Sistem cu automat programabil logic - APL.

Automatul cu contacte i releu din Fig. 2.7i Fig. 2.8 poate fi nlocuit foarte uor, frca funcionarea i performanele sse modifice, cu un APL Automat Programabil Logic29.


n noua schemtehnologiccu echipamentul de automatizare din Fig. 2.11automatulprogramabil logic apare reprezentat sub forma unui romb. Schimbarea pare minor, nrealitate blocul cu numrul 2 nu mai cuprinde un releu i cteva contacte ca n Fig. 2.7, ci unadevrat microcalculator specializat pentru operarea cu variabile logice. Spre deosebire de

calculatoarele tip PC automatele programabile sunt proiectate i construite s funcioneze

28n acest caz nivelul este meninut ntre doulimite Max i min.29In englezPLC Programmable Logic Controller.


25/283


25

sigur ntr-un mediu ostil, plin de perturbaii. Din aceast cauz automatele programabilelogice sunt relativ scumpe.

Din aceastcauzse considerceste rentabil snlocuieti cu un APL un automat cu

contacte i relee numai dacacest conine mai multe relee30.

2.5.2. Schema desfuratelectric.

Schema desfuratelectricsimplificata sistemului31cu APL este prezentatn Fig.2.12. Fa de varianta cu contacte i releu din Fig. 2.8 modificrile sunt minime i suntefectuate numai din motive constructive. Astfel APL are intrri i ieiri pentru semnale tipcontact. Deci la ieirea sa apare un singur contact. Dar acest semnal trebuie sacioneze attamplificatorul de putere format din contactorul K1 de la circuitul 30, ct i lampa desemnalizare H1 din circuitul 50. Existmai multe soluii. Se poate folosi un releu intermediar

cu singura funciune de multiplicator de contacte. Acesta ar transforma contactul k dincircuitul 20 n alte doucontacte care ar pute fi folosite n circuitele 30 i 50. O alt soluie arconsta n folosirea a dou variabile de ieire a APL care iau ntotdeauna aceiai valoare logicegal cu k. n sfrit, se poate semnaliza, aa cum s-a fcut n Fig. 2.12, acionareacontactorului K1 care comandelectromagnetul S1 i care la rndul su deschide robinetul deumplere a rezervorului.

Automatele programabile logice sunt folosite pe scar larg n prezent, n special nindustrie i instalaiile pentru cldiri mari. Unele sisteme de protecie mpotriva incendiilor,sau a furtului sunt de fapt tot automate programabile logice specializate.

Fig. 2.11 Sistem cu automat programabil logic.

30Automatul din Fig. 2.8 conine numai un releu i este evident cnu este avantajoasnlocuirea lui cu

un APL.31Instalaiei.


26/283


26

Fig. 2.12 Schema desfuratelectricsimplificatpentru un sistem cu automat

programabil logic

2.5.3. Programul.

Algoritmul unui sistem cu APL este prezentat sub form de program. Proiectareaautomatului programabil logic const n acest caz, ntr-o mare msur, n elaborareaprogramului APL. Aceastproiectare poate fi asistatde calculator care elaboreazautomatprogramul pe baza schemei desfurate electice echivalente bazate pe contacte i relee. ncazul nostru trebuie sse introduc, eventual sub formgrafic, schema formatdin circuitele10 i 20 din Fig. 2.8.

2.6. Sistem cu regulator bipoziional - 2P.

O caracteristictehnicimportantnoua sistemului automat, stabilirea de la distana valorii dorite a nivelului, numit referin, poate fi obinut prin folosirea unui regulatorbipoziional.

K1

a b

k

20

AutomatProgramabil Logic

Amplificator

30

+24V

-24V

S1

k1

40

40

H1

k1

Electromagnet Semnalizator

50

50

30

APL

k


27/283


27


Schema tehnologic a instalaiei n care apare acest regulatorul bipoziional esteprezentat n Fig. 2.13. Traductorul de nivel 1 este format dintr-un element primar32 caremsoar valoarea nivelului i un transmitor la distan a acestei valori33. De obiceitransmiterea la distanse face sub forma unui semnal unificat de curent cu valoarea cuprins

ntre 4 i 20 mA. Aparatul cu numrul 2 este regulatorul bipoziional34. El asigursistemuluiaceleai performane determinate de relaiile (2.1), (2.2) i (2.3), dar tehnologia deimplementare a algoritmului bipoziional este diferit. Regulatorul este de obicei un aparatelectronic. Semnalul de intrare n regulator este un semnal unificat de curent iar semnalul de

ieire este un contact k care acioneaz contactorul K1 al electromagnetului S1. din Fig.2.1235.

Fig. 2.13 Sistem automat cu regulator bipoziional (tip 2P) de nivel.

32Simbolul aparatului conine n poziia a doua litera E.33Litera T din simbol.34Litera C n poziia a doua i un steag cu simbolul 2P.35 n aceast figur automatul programabil logic APL din circuitul 20 trebuie nlocuit cu regulatorul

bipoziional.

V2

P S1

LC2 y

V1

LZ

3

LET1r

u 2P

m


28/283


28

2.6.2. Schema bloc

Schema bloc a unui sistem automat cu regulator bipoziional este prezentat n Fig.2.14. Fade Fig. 2.9se observca aprut regulatorul bipoziional. Acesta este format dintr-un filtru - convertor, un comparator, desenat sub forma unui cerc i un compensator al erorii.

Fig. 2.14 Schema bloc a sistemului automat cu regulator bipoziional.

2.6.3. Eroarea maxim.

Filtrul convertor al regulatorului bipoziional transform semnalul introdus deoperator, referina r, ntr-un semnal rf. care s poat fi comparat cu mrimea de reacie yr.Blocul comparator al regulatorului realizeazscderea dintre semnalul rfi mrimea de reacie

yri furnizeazla ieire eroarea e.

(2.4)

Semnalele rf i yr trebuie s aib aceiai dimensiune pentru ca spoat fi sczute nrelaia (2.4). Ele sunt, de exemplu, semnale unificate de tensiune cu valoarea cuprinsntre 0i 10 voli. Semnalul de referinr este introdus de operator, de exemplu sub forma unghiuluide rotire a unui poteniometru i are altunitate de msurdect yr.

Compensatorul furnizeaz la ieire un semnal de comand sub form de contact uastfel nct intrarea sa, eroarea e, stindctre zero. Relaia intrare-ieire a compensatoruluieste o curbde tip ciclu histerezis cu forma din Fig. 2.15 n care

(2.5)

rf yre =

2

min=

Maxh

Element de

executie Proces

Traductor

yuCompensatorulerorii

erf

-yr

mFiltru

r

Regulator bipozitional


29/283


29

he =max

Comparnd aceast relaie cu relaia (2.2) rezult c n cazul sistemului automat curegulator bipoziional eroarea maximeste:

(2.6)

2.6.4. Legtura inversnegativ.

O caracteristic esenial a oricrui sistem automat36 o constitue legtura inversnegativ37 de la ieirea procesului la intrarea regulatorului. Cuvntul negativ sugereaz csemnalul yr care circulpe aceastcale se opune referinei rf. Acest fenomen este subliniatprin indicarea semnului minus la intrarea comparatorului din Fig. 2.14.

2.6.5. Algoritmul bipoziional - 2P.

Algoritmul de funcionare al regulatorului bipoziional este acelai cu cel prezentat nLista 2.1 i folosit de automatul cu contacte i releu sau automatul logic programabil. Modullui de prezentare, Fig. 2.15, este nsmai puin intuitiv pentru cse referla eroarea e i nu lavaloarea nivelului y. Dac eroarea este mare i negativ38, atunci mrimea de comand aregulatorului sub forma contactului k ia valoarea 1, robinetul V1 se deschide i rezervorul seumple. Daceroarea este mare i pozitiv39atunci k = 0, robinetul V1 se nchide i rezervorulse golete. Pentru erori mici, cu valoarea situatn interiorul ciclului histerezis din Fig. 2.15,ieirea k a compensatorului i pstreaz valoarea precedent. Acest fapt este indicat de

sgeile prezente pe curba histerezis.2.7. Sistem cu regulator proporional - P.

Sistemele automate precedente au un algoritm de conducere bipoziional bazat pe unalgoritm manual rudimentar de conducere. Conforma acestuia, robinetul V1 este deschis sau

nchis complet n funcie de semnul erorii, negativ sau pozitiv.

36Instalaie automat

.

37Reacia negativ.38Adice h i conform relaiei (2.4) rf>> yr +h. Nivelul n rezervor este mult mai mic dect nivelul

dorit determinat de referina rf.


30/283


30

2.7.1. Algoritmul proporional - P.

O abordare mai raional pentru conducerea sistemului ar consta n deschiderearobinetului V1 proporional cu valoarea erori. Dac eroarea este zero comanda este zero irobinetul este nchis. Daceroarea este miccomanda este mic. Cu ct valoarea erorii cretecu att comanda este mai mare. Deci relaia intrare-ieire pentru compensator este:

(2.7)

n care KR este constanta de proporionalitate a compensatorului regulatorului.

Fig. 2.15 Caracteristica tip histerezis a compensatorului regulatorului bipoziional.

2.7.2. Constanta de proporionalitate a compensatoruluiDacse cunoate intrarea e n compensator i ieirea sa u se poate determina constanta

lui de proporionalitate40, numitadeseori constanta de proporionalitate a regulatorului:

(2.8)

Aciunea compensatorului trebuie sfie aleasconstructiv n aa fel nct comanda sasmicorezeeroarea. n cazul de faeroarea e > 0 nseamncrf> yr , deci referina este maimare dect ieirea (nivelul) i comanda u trebuie s nchid robinetul41. In felul acesta seasigurreacia negativstrict necesarfuncionrii sistemului automat.

40Aceasta poate fi interpretatdrept panta dreptei care trece prin origine i este determinatde relaia

(2.7).41Deoarece reglarea nivelului se face prin umplerea rezervorului. Dacreglarea s-ar fi fcut prin golire

cu ajutorul robinetului V2, atunci semnalul u ar fi trebuit sdeschidrobinetul. Regulatoarele au un comutator

eKu R=

e

uKR=

1

0e

k

2h


31/283


31

Fig. 2.16 Sistem automat cu regulator proporional (tip P) de nivel.


Schema tehnologic cu echipamentul de automatizare a sistemului automat curegulator proporional din Fig. 2.16 este aproape identiccu cea din Fig. 2.13. Sunt vizibileurmtoarele doumodificri. n primul rnd ieirea regulatorului nu mai este un semnal de tipcontact k ci un semnal unificat42u cu valoarea datde relaia (2.7). n al doilea rnd steagulataat aparatului cu numrul 2 trebuie s indice algoritmul de tip P (proporional) i nu 2P

(bipoziional). Aparatele 2 i 3 au o construcie diferitde cea a aparatelor din Fig. 2.13.

2.7.4. Schema bloc.

Schema bloc pentru sistemul automat cu regulator proporional din Fig. 2.17este deasemenea foarte asemntoare cu cea din Fig. 2.14. Bineneles c compensatorulregulatorului este proporional iar ieirea regulatorului este semnalul unificat u determinat derelaia (2.7). Fiecare bloc al schemei poate fi caracterizat de o constantde proporionalitate Kasemntoare cu cea a compensatorului proporional al regulatorului determinat de relaia(2.8). Relaia de definiie a acesteia43este:

care permit operatorului ca n funcie de modul de reglare (n cazul de fa umplere golire) s determine

aciunea corecta compensatorului.42 Semnalul tip contact ia valori logice, de exemplu 0 sau 1, iar semnalul unificat este continuu, de

exemplu o tensiune de 0..10V sau un curent de 4..20mA.43Constanta K poate fi interpretatdrept panta unei drepte care nu trece prin ogigine.

V2

P S1

LC

2 y

V1

LZ

3

LET

1

r

u P

m


32/283


32

(2.9)

n care xieste o variaie mica semnalului de intrare n bloc,xe o variaie mica semnalului de ieire din bloc.

Definiia dat de relaia (2.9) se calculeaz n regim staionar, adic dup un timpfoarte lung de la aplicarea variaiei semnalului de intrare. Aceasta este semnificaia limiteipentru tcare apare n relaia (2.9).

2.7.5. Intrarea treapti rspunsul indicial.

Cele mai simple i mai frecvente manevre pe care le poate face operatorul instalaieiautomatizate din Fig. 2.16 este smodifice brusc, sub formde treapt, referina r pentru aobine o nouvaloare a nivelului n rezervor. Dacvariaia referinei este egalcu unitatea44atunci intrarea n sistem se numete treapt unitar45. Ieirea unui sistem pentru o intraretreaptunitarse numeterspuns indicial.

2.7.6. Regimul tranzitoriu i regimul staionar.

n momentul n care operatorul modificreferina r a sistemului automat din Fig. 2.17,semnalul se propagspre ieirea y, n sensul indicat de sgei, cu anumite ntrzieri i oscilaiidatorate timpilor de transport, acumulrilor de energie i material din sistem i legturii

inverse negative. De exemplu, dac n Fig. 2.16 operatorul modific valoarea r a niveluluidorit n rezervor sistemul automat ncepe s funcioneze i ncearc s aduc nivelul y lavaloarea dorit. Dar aceasta nu se ntmpl instantaneu. Funcionarea sistemului automat ntimp poate fi aproximativ urmtoarea. La nceput regulatorul deschide puin robinetul V1.Apa este transportatde ctre pompa P n rezervor ntr-un timp finit. Dureazi acumulareaapei n rezervor. Cnd s-a atins valoarea dorita nivelului regulatorul nchide puin robinetulV1. Dar pe conductmai este api nivelul continuscreasc. Regulatorul nchide mai multrobinetul i nivelul ncepe sscad, de data aceasta prea mult. Se deschide robinetul i nivelulcrete iari. Au loc, eventual46, cteva oscilaii pncnd nivelul se stabilizeazla o anumitvaloare. Deci dupun timp suficient de mare creterea treptat, uneori cu oscilaii, a nivelului

441 m n cazul nostru.45In funcie de sistemul de msurales unitatea poate lua practic orice valoare.46Numai dacdistama de la robinetul de reglare V1 la rezervor este foarte mare i apare un timp de

transport semnificativ.

i

e

t x

xK

=

lim


33/283


33

se oprete i spunem c s-a terminat regimul tranzitoriu i s-a intrat n regimul staionar defuncionare a sistemului automat.Durata regimului tranzitoriueste o performanimportanta sistemului automat.

2.7.7. Rspunsul indicial n regim staionar.

Considerm n continuare c se definesc semnalele de intrare i ieire ale blocurilordin Fig. 2.17astfel nct toate dreptele definite de relaia (2.9) trec prin origine47. n acestecondiii rezultdin relaia (2.9) de definiie a constantei de proporionalitate c:

(2.10)

Pentru un semnal de referinr tip treaptunitar, n regim staionar, fiecare bloc dinschema Fig. 2.17 este caracterizat de o constantde proporionalitate i se poate deduce o

expresie care stabilete legtura ntre intrarea sistemului automat i ieirea sa y numit rspunsindicial.

(2.11)

(2.12)

(2.13)

n care

(2.14)

este constanta de proporionalitate pe calea directa buclei din Fig. 2.17.

47De exemplu alegnd uniti de msurcorespunztoare.

ie xKx =

eKKKuKKmKy repepp ===

yKrKyre tcrf ==

rKKK

Ky ctd

d += 1

repd KKKK =


34/283


34

2.7.8. Eroarea indicialn regim staionar.

Din relaiile (2.12) i (2.13) se poate calcula o performan important: eroareastaionarpentru o intrare tip treapta sistemului automat cu regulator proporional:

(2.15)

2.7.9. Exemplu numeric.

Sconsiderm un exemplu numeric. Un rezervor cu nlimea de 10m face parte dintr-o instalaie cu regulator proporional pentru reglarea nivelului. Intrarea (referina) r i ieirea(nivelul) y iau atunci valori cuprinse ntre 0 i 10m. Semnalele rf , yr i u din sistemul automatdescris de schema bloc din Fig. 2.17sunt semnale unificate de tensiune cu valoarea cuprins

ntre 0 i 10V. Dac Kr = 2 iar restul constantelor de proporionalitate sunt egale cu unu,atunci relaiile (2.13) i (2.15) devin:

(2.16)

(2.17)

Deci dac operatorul dorete un nivel de 6m n rezervorul instalaiei i modificreferina r sub form de treapt astfel nct s ia valoarea de 6m atunci regulatorulproporional regleaz automat nivelul la valoarea48 y = 4m. Eroarea staionar n aceleaicondiii este e = 2m. Evident c o astfel de performan a sistemului automat esteinacceptabil. Ea poate fi mbuntitcrescnd constanta de proporionalitate a regulatorului.DacKr=11 atunci pentru o referin49de 6m nivelul n rezervor va fi de 5,5m. n acest cazeroarea staionars-a micorat la 0,5.

48Acesta este rspunsul indicial n regim staionar.49Valoare dorita nivelului.

rKKK

e ctd

+

=1

1

ry3

2=

re

3

1=


35/283


35

2.7.10. Stabilitatea i robusteea.

Din pcate maniera de a reduce eroarea staionar prin creterea constantei deproporionalitate poate face sistemul instabil50. Un sistem este stabil dacpentru orice intrarelimitat are o ieire limitat. Stabilitatea sistemului automat este cea mai importantcaracteristic a sa. Se poate spune c o parte important a proiectrii funcionale const nasigurarearobusteei sistemului automat, adica stabilitii sale n condiiile existenei unuianumit grad de incertitudine referitor la caracteristicile componentelor sale.

2.7.11. Banda de proporionalitate a compensatorului.

Rezultatele obinute pn acum pentru sistemul automat cu regulator tip P(proporional) se bazeaz pe relaia (2.10) care reprezint o linie dreapt. Din pcate nrealitate regulatorul proporional nu este liniar i aceasta din cauz c intrarea i ieireacompensatorului erorii sunt semnale unificate cu un domeniu de variaie a semnalului finit, deexemplu 0..10V..

Fig. 2.17 Schema bloc a sistemului automat cu regulator proporional.

n Fig. 2.18 este prezentat variaia mrimii de comand u n funcie de eroarea epentru compensatorul regulatorului proporional. Se observ c n afara domeniului 0..10Vsemnalele de intrare i ieire sunt limitate provocnd un caracter neliniar pentru regulator.

50De exemplu dacrobinetul de reglare V1 este situat la o distanmare de rezervor.

Ke Kp

Kt

yuKr

erf

-

yr

mKc

r

Regulator proportional


36/283


36

Pentru a pune n eviden aceast neliniaritate practicienii folosesc n locul caracteristiciiconstanta de proporionalitate KR definit de relaia (2.8) caracteristica banda deproporionalitate BP care exprim n procente din domeniul erorii zona de liniaritate a

regulatorului. Cu notaiile din Fig. 2.18 se obine:

(2.18)

Din definiia benzii de proporionalitate rezult:

(2.19)

Fig. 2.18 Caracteristica statica regulatorului proporional.

Combinnd aceste dou relaii se obine expresia benzii de proporionalitate BP nfuncie de constanta de proporionalitate KR:

De

Du

e1

eKu r=

e [V]

u [V]

10

10

0

1e

DK uR=

1001 =eD

eBP


37/283


37

.

(2.20)

Daceroarea e i comanda u sunt semnale unificate de acelai tip atunci domeniile lorde variaie Dei Dusunt egale iar relaia (2.20) devine:

(2.21)

2.8. Sistem cu regulator direct.

Regulatoarele directe i iau energia necesar funcionrii din proces. Ele se numesc

nivostate, termostate sau presostate dacregleaznivelul, temperatura, respectiv presiunea.

Fig. 2.19 Sistem cu regulator direct de nivel (nivostat).

n Fig. 2.19 se prezintun rezervor al crui nivel y este reglat cu ajutorul unui nivostat.Odat cu creterea nivelului plutitorul se ridic, ventilul se apropie de scaun i debitul de

alimentare al rezervorului se micoreaz. Dac nivelul se micoreaz are loc fenomenulinvers. Plutitorul coboar, ventilul se deprteazde scaun i debitul m crete. n funcie deforma ventilului i scaunului algoritmul de reglare este de tip proporional P sau bipoziional2P. Nivelul de referin r se stabilete la valoarea dorit prin mutarea n sus sau n jos aarticulaiei plutitorului. Pentru alte tipuri de calculatoare referina poate fi stabilit de la

1001

=e

u

R D

D

KBP

1001

=RK

BP

V2

m

P

y

Plutitor

Ventil

Scaun

r


38/283


38

distan, eventual cu ajutorul unui calculator. Eroarea e=r-y n regim staionar are valoriapreciabile i din aceast cauz nivostatele, ca i celelalte tipuri de regulatoare directe, sefolosesc numai n cazurile n care nu sunt necesare performane deosebite.

2.9. Sistem cu regulator proporional integral derivativ PID

Regulatoarele PID sunt cele mai folosite n practicatunci cnd se doresc performanebune pentru sistemul automat. Ele pot fi configurate astfel nct sfuncioneze cu algoritm P,PI, PD sau PID.

2.9.1. Algoritmul PI.

Sistemul automat cu regulator tip P are ntotdeauna o eroare staionar, dupcum s-aartat n paragraful 2.7.9. Anularea erorii staionare poate fi realizat cu ajutorul unuiregulator proporional integral (tip PI). Relaia dintre intrarea i ieirea compensatorului eroriipentru acest regulator51este:

(2.22)

n care Kr este constanta de proporionalitate,Ti constanta de timp de integrare

52msuratn s/repetare.Semnificaia parametrilor Kri Tiai regulatorului tip PI rezultdin rspunsul su la o

intrare sub forma de treapt cu amplitudinea unitar prezentat n Fig. 2.20. Se observ cdurata Ti se msoarla repetarea lui Kr.

51In practicse spune frecvent caceastrelaie este a regulatorului i nu a compensatorului.52Constanta de timp pentru aciunea de integrare, timpul de revenire (reset time).

+= dtteT

teKtui

r )(1

)()(


39/283


39

Fig. 2.20 Rspunsul regulatorului PI la o intrare treapt.

Pentru a nelege modul de funcionare al regulatorului tip PI s presupunem c la

nceputul funcionrii sistemului automat componenta de aciune de integrare este nul. Pentruaceasta este suficient satribuim constantei de timp de integrare Tidin (2.22) o valoare foartemare (Ti = ). n funcie de valoarea constantei de proporionalitate Krregulatorul amplificeroarea rezultnd o mrime de comandcare conduce n regim staionar la o mrime de ieirey a sistemului automat diferit de valoarea dorit dat de mrimea de referin r. Relaiile(2.13) i (2.15) pot fi folosite pentru calculul valorilor ieirii y i erorii e. Satribuim acum ovaloare finitconstantei Ti. Deoarece n acest moment, fiind n regim staionar, existo eroaree constant, comanda regulatorului u datde (2.22) ncepe screasc la fel ca n Fig. 2.20.Datorit reaciei negative, care se opune intrrii, mrimea de comand u se modific pncnd eroarea devine zero. Din acest moment ieirea regulatorului i pstreazvaloarea atins.

n realitate cele douaciuni ale regulatorului, proporionali integral, au loc simultan i nuse petrec secvenial, aa cum am prezentat mai nainte pentru o nelegere mai uoar. Efectuleste nsacelai, eroare staionarzero. Orice mbuntire a unei performane se obine nscu un anumit cost. n acest caz preul pltit prin folosirea regulatorului PI constn micorare

t

u

t

e

1

Kr

Kr

Kr

Ti

Numai P

P + I


40/283


40

robusteei sistemului automat i implicit, creterea duratei regimului tranzitoriu. Aceastacretere apare datoritaciunii suplimentare de integrare a regulatorului.

2.9.2. Algoritmul PD.Algoritmul de reglare proporional poate fi mbuntit impunnd ca ieirea u a

compensatorului regulatorului sfie proporionalnu numai cu intrarea sa, eroarea e, ci i cuviteza sa de variere. n felul acesta la apariia unor erori care se modificrapid regulatorulacioneazmai energic. Relaia compensatorului tip PD este:

(2.23)

n care Kreste constanta de proporionalitate,

Td constanta de timp de derivare53msuratn s.In Fig. 2.21 se observ efectul anticipativ al aciunii derivative54 i efectul de

proporionalitate cu viteza erorii55

2.9.3. Algoritmul PID.

O combinaie ntre regulatorul PI i regulatorul PD produce regulatorul PID ideal cuurmtoarea relaie ntre intrarea i ieirea compensatorului:

(2.24)

Din regulatorul PID ideal se poate obine regulatorul PI dacTd=0 sau regulatorul PDdacTi=.

In practic regulatoarele PID au algoritmi de funcionare uor diferii de (2.24).Motivele sunt variate56. Totui ideile de bazale funcionrii sunt aceleai cu cele expuse.

53Constanta de timp pentru aciunea derivativ, timpul de anticipare, timpul vitezei erorii (rate time)54Comparativ cu regulatorul tip P comanda regulatorului tip PD ia aceia

i valoare cu T

dsecunde mai

devreme.55De exemplu, la momentul t=0 comanda nu este zero dei e=0.56 Aciunea derivativ ideal din (2.24) nu poare fi realizat fizic. Uneori efectul derivativ se aplic

ieirii y i nu erorii e. n sfrit, unele firme preferca efectul derivativ real sfie sfie nmulit i nu adunat la

algoritmul PI.

)1(dt

deTKu dr +=

++= ))(

)(1

1()( dt

tdeTdtteTKtu

di

r


41/283


41

Fig. 2.21 Rspunsul regulatorului PD la o intrare ramp.

2.10. Sistem cu calculator.

Sistemele moderne sunt conduse de unul sau mai multe calculatoare57 specializate58

numite controlere, automate programabile59 sau calculatoare de proces. n varianta cea mai

simpl microcalculatorul este un automat sau regulator care realizeaz algoritmul deconducere. Acesta poate fi ales dintr-o gamlargcare are la bazalgoritmii deja prezentai:

57Sistemele de conducere mai simple folosesc microcalculatoare.58 Spre deosebire de calculatoarele personale PC acestea sunt destinate s

lucreze n medii

neprietenoase, cu multe perturbaii, iar condiiile de fiabilitate sunt mult mai severe. Dei sunt realizate

constructiv n mod diferit principiile de funcionare sunt n mare aceleai.59Automatul programabil logic APL este un automat programabil AP particulare care lucreaznumai cu

semnale binare. Automatul programabil conine de multe ori doumicrocalculatoare specializate, unul calculeaz

algoritmul i altul realizeazprotocolul de comunicaie.

t

u

t

e

Td

Td

Numai P

P + D


42/283


42

automat secvenial60, P, PI, PD i PID. Folosirea calculatoarelor n conducerea proceselorpune nsprobleme suplimentarea. Dintre acestea cea mai dificileste legatde tipul finit decalcul a algoritmului de conducere. Ct timp se calculeaz algoritmul calculatorul nu mai

primete informaii despre starea sistemului i nu trimite comenzi pentru conducereasistemului. Din aceast cauz semnalele de intrare i de ieire din calculator sunt luate nconsiderare periodic numai la momente discrete de timp. Aceast operaie se numeteeantionare. Dac eantionarea se face cu o perioad prea mare informaiile despre sistemsunt mai puine i conducerea sa este mai proast.

Folosirea calculatoarelor pentru conducerea automata sistemelor este avantajoasnuatt pentru calculul algoritmului, care am vzut c poate produce dificulti datoriteantionrii, ct pentru noile funciuni pe care le pot ndeplini. Printre aceste menionm: 1)Achiziia, prelucrarea i memorarea unui volum imens de date, 2) Accesul rapid la datelememorate, 3) Realizarea unei interfee grafice interactive i prietenoase cu utilizatorul, 4)Instruirea operatorului i ajutarea sa printr-un sistem expert la apariia unor defeciuni, 5)Autotestarea sistemului automat i autoacordarea regulatorului, 6) Autoacordarea automatadaptiv a regulatorului, 7) Combinarea mai multor sisteme conduse cu calculator ntr-ostructur ierarhic, 8)Comunicarea la distan cu alte calculatoare, 9) Transformareatraductoarelor i elementelor de execuie n aparate inteligente. Aceste funciuni noi aparadeseori mpreun i creeazaparate i sisteme de conducere cu denumiri specifice. Ctevadintre ele sunt prezentate n continuare.

2.10.1. Conducerea de supraveghere i achiziia datelor61

Una dintre caracteristicile cele mai importante ale unui sistem de conducere complex oconstitue interfaa cu operatorul. Posibilitile grafice deosebite i capacitatea de funcionare

n mod interactiv a calculatoarelor moderne permit realizarea unor interfee care sfacilitezela maximum activitatea operatorului. Punctul central al interfeei l constitue schemasinoptic62. Un exemplu de schemsinopticeste prezentat n Fig. 2.22.

60Automatul secvenial prezentat a fost de tip bipoziional 2P. Alte automate secvenial sunt folosite

foarte frecvent, cum ar fi: automatul pentru pornirea directa unui motor electric, automatul pentru pornirea stea

triunghi a unui motor, etc.61SCADA Supervisory Control And Data Acquisition.62O schemcare permite observarea dintr-o privire a tuturor componentelor sistemului.


43/283


43

Fig. 2.22. Schema sinoptica unui sistem de conducere cu calculator.

Obiectele din schema sinoptic permit, atunci cnd sunt selectate, afiarea unor noischeme sinoptice sau a unor grafice i tabele care prezint n mod interactiv63 stareasistemului pe baza informaiilor acumulate prin achiziia i memorarea datelor furnizate detraductori. Chiar dacoperatorul nu ntreprinde nici o aciune, atunci cnd aceste informaiiies dintr-un anumit domeniu se produc semnalizri i alarme. n funcie de informaiileobinute operatorul poate realiza manual diferite operaii de conducere. De exemplu poateporni sau opri anumite pompe cu ajutorul ntreruptoarelor prezentate n schema sinoptic.

63 Funcionarea interactiv calculator operator se realizeazpractic de cele mai multe ori n modul

urmtor: operatorul selecteazun obiect sau o aciune prezentate n schema sinopticiar calculatorul i prezinto

serie de instruciuni i operaiuni posibile n continuare.


44/283


44

2.10.2. Reglarea PID numeric.

Schema bloc a unui sistem automat cu regulator numeric PID este prezentatn Fig.2.24. Comparativ cu Fig. 2.17s-a comasat elementul de execuie, procesul i traductorul ntr-un bloc numit partea fixa instalaiei64. Regulatorul numeric este format din comparator, doudispozitive de eantionare cu perioada Te, compensatorul numeric al erorii realizat cu ajutorulunui calculator i extrapolatorul de ordin zero65care transform mrimea eantionat ntr-omrime continu. Modul n care este eantionat eroarea este prezentat n Fig. 2.24.Eantioanele ek sunt extrase la intervale egale cu perioada Te i sunt numerotate cu0,1,2,3,,k,Valoarea lor poate fi prelucrat numeric de ctre calculator realizndalgoritmul PID poziional de conducere (2.24) sub forma:

(2.25)

n care u0este comanda iniial.Se observcintegrala a fost nlocuitcu o sumcare aproximeazsuprafaa acoperit

de e(t) prin dreptunghiuri de lime Teca n Fig. 2.24. Derivata este aproximatprin pantatangentei.

64Acest bloc este fix din punct de vedere al inginerului automatist care nu l poate modifica.65 La ieirea extrapolatorului valoarea este meninut constant pe ntreaga durat a perioadei de

eantionare.

0

11

0 .

1

uT

ee

TTeTeKu e

kk

D

kn

nen

IkRk +

++=

=

=


45/283


45

Fig. 2.23. Schema bloc a sistemului automat cu regulator numeric.

Fig. 2.24. Eantionarea i integrarea numerica erorii e(t).

e(t), ek

t, k

1 2 3 4 5 6 7 8 9

e(t)

e7

e2.Te

Te

ek


46/283


46

2.10.3. Autotestarea i autoacordarea.

nainte a ncepe sconducsistemul i ori de cte ori operatorul o cere, calculatorul seautotesteaz i se autoacordeaz. Autotestarea se face asemntor cu cea efectuat decalculatoarele personale PC. n afarde acest tip de autotestare multe calculatoare de procesposedun sistem66cu ceas de timp real separat care permite sse faco autotestare continuprin verificarea faptului c durata de executare a algoritmului de conducere nu a depit oanumitlimit.

Autoacordarea realizeazdeterminarea parametrilor algoritmului de reglare KR, TI, TDi Tedin (2.25) i se face, n general, asemntor cu acordarea manuala regulatorului.

2.10.4. Acordarea automatadaptiv.

Unele sisteme cu calculator permit acordarea continu a regulatorului n timpulprocesului de conducere. n felul acesta regulatorul se adapteaz la eventualele schimbri alparametrilor procesului condus. n prezena unor perturbaii puternice acordarea automatadaptivdureazmult i nu produce, n general, rezultate prea bune.

2.10.5. Configurarea asistatde calculator.

Sistemele cu calculator prezint i avantajul c ofer foarte multe variante deconducere n funcie de echipamentul existent i dorinele utilizatorului. Alegerea unei

variante i stabilirea configuraiei sistemului se poate face cu ajutorul calculatorului deconducere sau a unui calculator PC extern.

2.10.6. Sisteme de securitate la efracie i siguranla foc

Aceste sisteme specifice cldirilor sunt formate, n general, cu ajutorul unor automateprogramabile specializate. Unele traductoare ale acestor sisteme sunt inteligente n sensul cau cel puin un sistem de adresare care sindice locul apariiei evenimentului n cldire.

2.10.7. Sisteme domotice.

Dacsistemul format din cldiri i locuine este condus de mai multe calculatoare se

numete domotic. Aceste calculatoare sunt distribuite de obicei n spaiu la distanesemnificative i trebuie sse rezolve problema comunicaiilor dintre ele. O structurcu treinivele ierarhice ca n Fig. 2.25 este frecvent folosit. Nivelul superior de conducere este de tip

66Cunoscut sub numele de watch dog.


47/283


47

supraveghere i gestiune tehnici poate fi format dintr-o reea localLAN de calculatoare ialte echipamente. Schemele sinoptice apar pe calculatoarele de la acest nivel. Tot aici sunt

concentrate bazele de date i facilitile de obinere a unor rapoarte tiprite i de comunicare la

mare distanprin radio sau telefon. De obicei supravegherea se face dintr-o camerspecialsituatla o distande instalaiile distribuite n cldire care poate atinge pnla 1000 metri.

Nivelul al doilea al sistemului ierarhic este ocupat de calculatoarele care realizeazfunciile de automatizare. De cele mai multe ori aceste calculatoare sunt de tipul automateprogramabile AP sau automate programabile specializate pentru securitate, control acces isupraveghere i alarmare la incendiu. Unele dintre aceste automate programabile pot ficonectate ntr-o reea local sau pot fi legate direct la calculatorul de supraveghere.

Al treilea nivel ierarhic este ocupat n Fig. 2.25 de traductoare i elemente de execuie.Acestea pot fi ntr-un numr foarte mare ntr-o cldire i comunicarea dintre ele i automateleprogramabile pun probleme legate att de cablaj ct i de protocol de comunicaie. O soluiemodern const n folosirea unor aparate inteligente care conin fiecare cte unmicrocalculator.

Fig. 2.25. Structura unui sistem automat ierarhic i distribuit.

2.11. Modele cu variabile de stare ale sistemelor

Instalaiile (sistemele de echipamente) sunt studiate cel mai adesea cu ajutorulsistemelor fizice cu parametrii concentrai. In acest caz modelul matematic corespunztor esteun sistem de ecuaii difereniale. Modelul sistemic cel mai folosit este insa sistemul de ecuaii


48/283


48

difereniale de ordinul nti, numit sistem de ecuaii de stare. Obinerea ecuaiilor de stare esteilustrata printr-un exemplu tipic. In urma scrierii relaiilor fizice a componentelor unui sistemcu parametrii concentrai i a aplicrii condiiilor de echilibru i de compatibilitate, se obine

urmtoarea ecuaie difereniala:

(2.26)

in care

u(t) este excitaia sistemului iar y(t) este rspunsul sistemului.Se considera variabila intermediara z(t) conform urmtoarei scheme bloc:

Fig. 2.26 Schema bloc a instalaiei cu explicitatea intrrii u(t), ieirii y(t) i a variabilei

intermediare z(t)

Din (2.26) i Fig. 2.26 rezulta:

(2.27)

In (2.27) se pot face urmtoarele identificri:

(2.28)

(2.29)

u(t)

U(s)

z(t)

Z(s)

y(t)

Y(s

ucdt

duc

dt

udcya

dt

dya

dt

yda

dt

yd++=+++ 012

2

2012

2

23

3

)(

)(

)(

)(

)(

)(

012

23

012

2

sU

sZ

sZ

sY

asasas

cscsc

sU

sY=

+++

++=

012

2)(

)(cscsc

sZ

sY++=

012

23

1

)(

)(

asasassU

sZ

+++=


49/283


49

Trecnd din nou in domeniul timp, relaiile (2.28) i (2.29) devin:

(2.30)

(2.31)

In (2.30) i (2.31) se aleg variabilele de stare x1, x2i x3astfel:

(2.32)

(2.33)

(2.34)

Ecuaia (2.34) poate fi pusa sub forma:

(2.35)

Cu ajutorul relaiilor [(2.31

Date post:	01-Jun-2018
Category:	Documents
Upload:	onlyforgod
View:	252 times
Download:	2 times

Sisteme Automate Sorescu

Documents