Literatura: Asim Sadibai, Automatska regulacija procesa - praktikum, TMF, 1994.

OSNOVI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA PROCESIMA

Veba br. 7: Merna i regulaciona oprema sistema automatskog upravljanja procesima

I Osnovni elementi regulacionog kola

I.1 Regulatori

Pod regulatorom se u najirem smislu podrazumeva takav ureaj pomou koga se ostvaruje automatska regulacija, bez neposrednog uea oveka. Podela regulatora moe se izvriti po raznim kriterijumima, to zavisi od njihovog naina rada, korienja ili ne korienja pomone energije (regulatori neposrednog i posrednog dejstva), vrste pomone energije (pneumatski, elektrini, hidraulini i mehaniki), naina formiranja izlaznog signala (proporcionalni P-, proporcionalno-integralni PI-, proporcionalno-diferencijalni PD-, proporcionalno-integralno-diferencijalni PID-regulatori), itd. Osnovni elementi regulatora su:

- detektor greke sa pojaavaem signala, - elementi za obradu greke (P, I, D), - postavlja signala, - sklopka za runo-automatski rad i - pisa ili indikator.

I.2 Merni elementi transmiteri

U sistemu automatske regulacije merni element, odnosno transmiter ima dvostruku funkciju: da meri neku fiziku veliinu i da je pretvori u standardni signal pogodan za prenos i dalju obradu. Prema funkciji koju obavlja moe se rei da transmiter ima dva osnovna dela: merni i pretvaraki. Merni deo transmitera skoro je istovetan mernom delu klasinog mernog instrumenta, to znai da ima osetni element koji je preko prenosnog mehanizma povezan sa pokazivaem izmerene vrednosti. Meutim, za razliku od klasinog mernog instrumenta, koji obavezno ima pokaziva izmerene vrednosti, transmiter moe biti sa pokazivaem ili bez njega. Pretvaraki deo transmitera zavisi od toga da li je transmiter pneumatski (promena pritiska) ili elektrini (promena neke elektrine veliine, najee induktivnosti ili kapaciteta). Za merenje temperature u sistemima automatske regulacije koriste se transmiteri temperature, a za merenje pritiska i nivoa transmiteri pritiska i transmiteri nivoa.

Literatura: Asim Sadibai, Automatska regulacija procesa - praktikum, TMF, 1994.

I.3 Izvrni element regulacioni ventil

U sistemima automatske regulacije izvrni element deluje kao krajnji element regulacionog kola, koji prima signal iz regulatora i preko svog izvrnog dela neposredno deluje na promenu mase ili energije u regulisanom procesu. Izvrni element sastoji se iz dva osnovna dela: pogonskog dela ili servo-motora i izvrnog dela. Servo-motor je u neposrednoj vezi sa regulatorom i slui za prijem upravljakog signala iz regulatora (pri automatskoj regulaciji) ili iz postavljaa signala (pri runoj regulaciji). Na osnovu tog signala servo-motor pokree izvrni deo, koji vri neposredno dejstvo na regulisani proces. U odnosu na energiju koju koristi, servo-motor moe biti elektrini, pneumatski ili hidraulini. U pneumatskim sistemima automatske regulacije, a veoma esto i u elektrinim sistemima koji se koriste u procesnoj industriji, kao izvrni element najee se koristi pneumatski regulacioni ventil. Pneumatski regulacioni ventil ima dva osnovna dela: pogonski i izvrni deo. Pogonski deo je pneumatski servo-motor koji se sastoji od: kuita, membrane, metalnog diska-potiskivaa, vretena i opruge. Izvrni deo je regulacioni ventil koji se sastoji od kuita ventila, peurke, sedita i vretena ventila. Na vretenu se nalazi pokaziva koji pokazuje hod vretena ventila. Pneumatski regulacioni ventil radi tako, to signal pritiska iz regulatora ili iz postavljaa signala dolazi u kuite servo-motora i deluje odreenom silom na membranu. Ukoliko pneumatski regulacioni ventil ima pozicioner, onda u servo-motor dolazi signal iz pozicionera, koji je proporcionalan signalu iz regulatora ili postavljaa. Membrana preko metalnog diska sabija oprugu i vreteno se sputa sve dok se ne uravnotei sila pritiska koja deluje na membranu i sila opruge. Rad pneumatskog servo-motora moe biti takav da porast pritiska vri otvaranje ili zatvaranje regulacionog ventila. Pneumatski regulacioni ventili se mogu podeliti na:

- normalno otvorene, i - normalno zatvorene.

Prema obliku kuita dele se na prave, ugaone i trokrake, a u pogledu broja peurki i sedita na jednosede i dvosede. Za postizanje dobrog kvaliteta regulacije potrebno je da pneumatski regulacioni ventil ima to bolje dinamike karakteristike, a to se postie korienjem pozicionera. Dakle, kvalitet ostvarene regulacije veoma zavisi od statikih i dinamikih karakteristika, a jedna od najvanijih, na osnovu koje se vri izbor pneumatskog regulacionog ventila, jeste koeficijent protoka, Kv, koji se esto naziva i koeficijent propusne moi ventila. Zavisnost protoka fluida od hoda vretena ventila predstavlja njegovu protonu karakteristiku (statika karakteristika ventila), koja prvenstveno zavisi od dimenzija i geometrijskog oblika peurke i sedita ventila.

Literatura: Asim Sadibai, Automatska regulacija procesa - praktikum, TMF, 1994.

I.4 Regulisani proces

U procesnoj industriji regulisani procesi mogu biti veoma razliiti delovi procesa ili kompletni tehnoloki procesi. Za projektovanje sistema automatske regulacije i ostvarivanje eljenog kvaliteta regulacije, neophodno je poznavanje dinamikih karakteristika regulisanog procesa. Odreivanje dinamikih karakteristika regulisanog procesa, odnosno njegova identifikacija, moe biti uraena analitiki ili eksperimentalno. Analitike metode identifikacije zasnivaju se na poznavanju matematikog modela. Eksperimentalne metode identifikacije zasnivaju se najee na uvoenju specijalnih poremeaja ulaznih veliina u proces i praenju promena koje one izazivaju kod ulaznih veliina. Ove promene izlaza (odziva) koriste se kao polazna osnova za odreivanje dinamikih procesa metodom grafike ili numerike identifikacije. Najee se koristi stepenasta promena ulaza, tj. stepenasti odziv procesa. U pogledu dinamikog ponaanja regulisanih procesa postoje dve osnovne grupe: procesi koji imaju sposobnost samoregulacije i procesi bez samoregulacije. Procesi sa samoregulacijom odlikuju se time, to za konanu promenu ulaza, izlazna veliina - odziv dolazi u novo stacionarno stanje. U ovu grupu procesa spada i nivo sistem. Za razliku od ovih procesa, procesi bez samoregulacije nemaju osobinu, da posle dejstva ulazne promene sami dou u novo stacionarno stanje, npr. hemijski reaktor sa egzotermnom reakcijom. Zato se ovi procesi tee automatski reguliu i po pravilu zahtevaju posebne mere predostronosti i bezbednosti, kao to su razne vrste alarma sa deliminom ili potpunom blokadom ulaznih veliina ili kompletnog procesa.

II Laboratorijski primer automatskog upravljanja procesima

Automatska regulacija nivoa

Automatska regulacija nivoa u otvorenom rezervoaru ostvarena je pomou PI-regulatora. Na osnovu signala eljene vrednosti (pC) i signala iz transmitera (pM), koji je proporcionalan mernom nivou, regulator formira izlazni signal (p), koji upravlja radom pneumatskog regulacionog ventila. U zavisnosti od promene mernog nivoa, menja se izlazni signal iz regulatora, pa regulacioni ventil menja ulazni protok i na taj nain vri automatsku regulaciju nivoa. U ovom sluaju merenja nivoa vri se metodom produvavanja vazduha kroz cev koja je uronjena u tenost. Pritisak u cevi direktno je proporcionalan visini nivoa. Zbog toga se u ovom sluaju kao transmiter nivoa koristi transmiter efektivnog pritiska, koji na bazi merenja pritiska produvavanja, meri visinu nivoa. Eksperimentalno se moe ispitati uticaj parametara regulatora (Kc, Ti) na kvalitet regulacije nivoa pomou PI-regulatora. Ispitivanja se mogu izvriti pri automatskom radu regulacionog kola stepenastom promenom eljene vrednosti. Merenje visine nivoa vri se svakih 30 sekundi do uspostavljanja novog stacionarnog stanja. Eksperimentalno dobijene krive odziva koriste se za odreivanje dominantne vremenske konstante, vremena uspona, vremena smirenja i preskoka. Prethodno se iz eksperimentalne identifikacije moe odrediti prenosna funkcija nivo sistema.