Sisteme automate conducere procese industriale,cap 1

7/22/2019 Sisteme automate conducere procese industriale,cap 1

1/12

Sisteme de conducere a proceselor continue

5

GENERALITI PRIVINDAUTOMATIZAREA PROCESELOR

INDUSTRIALE CONTINUE.

SEMNE CONVENIONALE UTILIZATE.SIMBOLURI. STANDARD ISA-S5.1

CUPRINS

1.1. INTRODUCERE 6

1.2.GENERALITI PRIVIND AUTOMATIZAREAPROCESELOR INDUSTRIALE CONTINUE

7

1.3. SEMNE CONVENIONALEUTILIZATE. SIMBOLURI.

STANDARD ISA-S5.1 10

1.4. TEST DE AUTOEVALUARE 13

1.5.REZULTATE ATEPTATE. TERMENI ESENIALI.BIBLIOGRAFIE SELECTIV

14

1.6. TEST DE EVALUARE 15

1


2/12


6

1.1. INTRODUCERE

Conducerea unui proces tehnologic presupune stabilirea unui obiectiv alconducerii, care poate fi exprimat prin necesitatea de a atinge i menine un regim al

procesului, n care mrimile de calitate au valori impuse, considerate optime.

Materializarea conducerii implic precizarea posibilitilor de intervenie asupraprocesului, precum i precizarea posibilitilor de determinare a strii curente.Meninerea strii dorite a unui asemenea proces se realizeaz prin pstrarea

constant, la valori prescrise a unor variabile ca: debite, presiuni, nivele, temperaturi,concentraiietc., ceea ce presupune crearea unor sisteme de reglare automat (SRA)

pentru acestea [C6,D3,D4,I4,V1]. pe de o parte, SRA pentru aceste variabile se deosebesc ntre ele att prin

structur ct i prin comportarea n regim dinamic; pe de alt parte, reglarea automat a uneia dintre variabile prezint, n

principiu, aceleai probleme, indiferent de procesul n care este asociat,

astfel c SRA se trateaz pe subclase asociate unei mrimi fizice: debit,presiune, nivel, temperatur, concentraie; rareori se regleaz aliparametri n afara acestora.

Obiective

Prezentarea schemelor consacrate pentru sistem automat, sistem de reglareautomat iprecizarea variabilelor din aceste scheme.

Precizarea funciilor care trebuie asigurate de un sistem pentru a fi SRA. Prezentarea, interpretarea i exemplificarea modului de utilizare al standardului

ISA-S5.1, pentru parametrii i aparatura din schemele de automatizare.


3/12


7

1.2. GENERALITI PRIVIND AUTOMATIZAREA

PROCESELOR INDUSTRIALE CONTINUE

Sistem automat. Sistem de reglare automat. DefiniiiUna dintre definiii considersistemulca fiind un complex de elemente aflate n

interaciune. Proprietile sale depind att de proprietile elementelor componente cti de interaciunile dintre elementele sistemului.

O alt definiie precizeaz c sistemul este un model fizic realizabil al unuiansamblu de obiecte naturale sau create artificial, n care se evideniaz mrimi cauz(mrimi de intrare) i mrimi efect (mrimi de ieire) [A1,D3,D5,F1,N1].

Termenul de automatdesemneaz, pe de o parte, calitatea unui sistem fizico-tehnic de a efectua, pe baza unei comenzi, o operaie sau un complex de operaii frintervenia direct a operatorului uman, iar pe de alt parte, un dispozitiv, aparat,instalaie, care funcioneaz n mod automat.

Aciunea de concepere, de realizare de automate i de echipare a sistemelorfizico-tehnice cu automate pentru efectuarea n mod automat a unor operaii, micrietc., constituie automatizarea.

n acest context, ansamblul format din procesul supus automatizrii imijloacele tehnice care asigur automatizarea acestuia constituie un sistem automat(Fig.1.1).

Fig.1.1. Schema funcional a unui sistem automat

Ansamblul de obiecte care asigur controlul desfurrii proceselor tehnice saual altor categorii de procese, fr intervenia omului, se numete echipament deautomatizare.

n schema funcional, blocul IT reprezint instalaia tehnologic iar mrimilecare intervin au urmtoarea semnificaie:

rreferin sau programul stabilit de ctre operatorul uman;

u semnalul de comand furnizat de ctre echipamentul de automatizare (cusensul de la echipamentul de automatizare spre proces);


4/12


8

ymsemnal msurat prin carese transmit informaii de la procesul condus spreechipamentul de automatizare, asigurnd controlul procesului.

y mrimea de ieire (mrimea reglat sau funcia scop); aceasta poatereprezenta un debit, o presiune, o temperatur, o turaieetc.;

Pperturbaii ce acioneaz asupra procesului; acestea pot fiexterne(exogene)

i parametrice; perturbaiile externe se cumuleaz cu comanda i apar laieire, fiind perturbaii aditive, iar cele parametrice sunt provocate devariaia parametrilor procesului condus.

n schema complet a unui sistem de reglare automat (SRA), se evideniazblocul regulator automat (care, de regul, include i blocul EC element decomparaie) iprocesul condus prin componente sale (Fig.1.2), respectiv:

EE elementul de execuie, care furnizeaz la ieire un semnal compatibil cuinstalaia tehnologic IT i capabil s acioneze asupra acesteia;

T traductorul, care transform mrimea de ieire reglat ntr-un semnalmsurat ym, compatibil cu referina r; acestea sunt compatibile dac au

aceeai gam de variaie i aceeai natur(ex. gama unificat 4...20mA).

Fig.1.2. Schem complet a unui SRA

Semnalul de eroare () se prelucreaz dup un algoritm de reglare n regulatorulautomat (controler, microcontroler), furniznd la ieire semnalul de comand u (tot ngama unificat).

Pentru structura prezentat, se admite c, pentru unregim de funcionare impusinstalaiei tehnologice prin referina r(t), eroarea (t) reprezint un indicator de calitateraportat la acest regim i sistemul ndeplinete sarcinile de reglare dac, indiferent de

aciunea mrimilor peturbatoare care acioneaz asupra obiectului condus, estendeplinit condiia: 0lim

tt

, (1.1)

iar un asemenea sistem poart denumirea desistem de reglare automat.Schema compact a SRA, utilizat n proiectarea i simularea cu calculatorul

este prezentat n Fig. 1.3.Legtura invers (reacia negativ sau feedback-ul), care transmite informaii

asupra evoluiei mrimii de ieire y i are sensul de la procesul condus la echipamentulde automatizare (regulator), are o influen esenial asupra performanelor globale alesistemului:

-precizie n regim staionar;- stabilitate n regim tranzitoriu;


5/12


9

- robustee la variaia parametrilor procesului.

Fig.1.3. Schema compact a SRA

Semnalul de eroare raportat la regimul impus prin referin, caracterizeazregimul tranzitoriu i/saustaionarde funcionare al SRA, astfel:

SRA se activeaz la 0t (regim tranzitoriu) (1.2) SRA intr n regim stabilizat cnd 0t (1.3)

Un SRA trebuie s asigure:- funcia de stabilitate, respectiv capacitatea de a restabili un nou regim staionar, la

scoaterea sa din regimul staionar anterior, n condiiile aciunii unor mrimi exogene(referine, perturbaii externe) sau endogene;

- funcia de reglare, respectiv capacitatea de a anula eroarea n regim staionar defuncionare, n condiiile existeei unor mrimi externe (referine, perturbaii) ceacioneaz asupra obiectului condus.

Cunoscnd modelul matematic al procesului, proiectarea SRA presupune:- determinarea configuraiei SRA, respectiv a semnalelor de msurate i controlate;- determinarea structurii regulatorului, respectiv a legilor/algoritmilor de reglare;

-determinarea parametrilor de acordare ai regulatorului, respectiv a valorilor optime,utiliznd criterii analitice sau experimentale, astfel nct SRA s aib comportareadorit n regim staionar i tranzitoriu, n raport cu semnale exogene (referine i

perturbaii) precizate.

n general, conceptul de stabilitate evideniaz proprietatea unui SRA de a-imenine, n anumite condiii, o stare de echilibru staionar sau de a putea trece de la ostare de echilibru la o alt stare de echilibru. Conceptul de stabilitate se refer i laregimul tranzitoriu, caracterizat ca fiindstabilsau instabil.

Fiecare SRA trebuie tratat att din punct de vedere al comportrii n regimstaionar i dinamic, ct i din punct de vedere al soluiilor tehnice posibile.

EXEMPLU ILUSTRATIVn cazul unui reactor chimic cu agitator, unele (posibile) variabile de intrare, de

ieire sau perturbaii, sunt prezentate n Fig.1.4.

CONCLUZII


6/12


10

Fig.1.4. Schema unui reactor chimic

Punctele de msur pentru aceste variabile trebuie s fie astfel amplasate ncts fie ct mai reprezentative, iar aparatele de msur s nu introduc zgomote sauneliniariti peste anumite limite.

Prezint importan existena constantelor de timp dominate sau reziduale, aconstantelor de timp mort, precum i localizarea unor restricii impuse idiscontinuiti pentru anumite semnale.

Modelele matematice ale regimurilor staionare i dinamice se utilizeaz pentru:determinarea mecanismelor de desfurare ale proceselor, simularea comportrii,stabilirea structurilor de reglare, acordarea regulatoarelor, stabilirea unor strategii deconducere, etc. Avnd proprieti i structuri foarte eterogene, metodele de identificarei modelare ale proceselorprezint o mare diversitate.

1.3. SEMNE CONVENIONALEUTILIZATE.SIMBOLURI. STANDARD ISA-S5.1

Simboluri i reprezentri grafice. InterpretareSimbolizrile grafice utilizate pentru parametri i aparatur se bazeaz pe

standardul internaional ISA-S5.1.Parametriuzuali sunt prezentai n Tabelul 1.1.Pentru funciile aparaturiise utilizeaz urmtoarele notaii[I4]:

Asemnalizare;Creglare, control;Einterblocare;

CONCLUZII


7/12


11

I indicare;Rnregistrare.

Tabelul 1.1Simbol Semnificaie Simbol Semnificaie

A Analiz, concentraie M UmiditateB Sesizor de flacr P PresiuneC Conductibilitate electric dP, P Presiune diferenialD Densitate, greutate specific pH Logaritmul concentraiei

ionilor de hidrogenE Tensiune sau for

electromotoareQ Cantitate, debit

F Debit, cantitate R RadiaiiG Dimensiune S Vitez, frecvenH Poziionare manual T Temperatur

I Curent electric V VscozitateJ Putere W GreutateL Nivel Z Poziie

Simbolurile pentru aparatur i parametri se dispun n jumtatea de sus a unuicerc (sau dreptunghi), cu urmtoarea semnificaie:

-primul caracter reprezint parametrul (ex. T);- al doilea caracter indic funcia pasiv (ex. I, R - indicare sau nregistrare); n

unele cazuri poate reprezenta litera modificatoare (ex. PDpresiune diferenial);- al treilea caracter evideniaz funcia de reglare, dac exist (ex. C);

- ultimul caracter corespunde semnalizrii sau interblocrii (ex. A, E).n jumtatea de jos a cercului (dreptunghiului) se indic, printr-un numr,poziia n schem a circuitului. Dac dup acesta urmeaz o liter, prin aceasta seindic numrul circuitelor paralele cu funcii i parametri identici.

EXEMPLE I LUSTRATIVE

1. Diverse combinaiide caractere i interpretarea lor:


8/12


12

2. Simbolizarea TRC, ataat unui aparat semnific: prelucrarea temperaturiiT, nregistrarea R ireglarea C (Fig.1.5);

Fig.1.5. Exemplu de simbolizare

Alte simbolizri uzuale suntprezentate n Fig.1.6.

Fig.1.6. Simbolizri conform ISA S5.1

Cu ajutorul simbolurilor i reprezentrilor grafice pentru parametri i aparatur,conform ISA S5.1, schemele de automatizare se reprezint unitar, asigurnd o mai

bun nelegere a procesului i modului de interconectare ntre diferite elemente.Cifrele i literele plasate pe/lng instrumente permit identificarea tipului i roluluiacestora n fiecare schem.

CONCLUZII


9/12


13

1.4. TEST DE AUTOEVALUARE

1)Sistemele de reglare automat:a) funcioneaz n bucl nchis (feedback); Da / Nu

b) au n componen blocul regulator i blocul proces condus; Da / Nuc) funcioneaz n bucl deschis(fr reacie negativ); Da / Nud) funcioneaz dupsemnalul de eroare; Da / Nu2)Un sistem de reglare trebuie s asigure:a) funcia de stabilitate; Da / Nu

b) funcia de stabilitate; Da / Nuc) funcia de stabilitate i funcia de reglare; Da / Nu3)Perturbaiile ce acioneaz asupra unui SRA:a)pot fi externe i parametrice; Da / Nu

b)afecteaz funcionarea procesului; Da / Nuc)acioneaz asupra mrimii de comand; Da / Nu4)Conform ISA-S5.1, simbolurile pentru aparatur i parametri se dispun:a) pe etichete nencadrate; Da / Nu

b) n jumtatea de sus a unui cerc sau dreptunghi; Da / Nuc) nsoite sau nu de numere; Da / Nu

5)Conform ISA-S5.1, primul caracter din reprezentarea se refer la:a) semnalizare; Da / Nu

b) parametru; Da / Nuc) funcia pasiv; Da / Nu

d) interblocare; Da / NuGrila de evaluare: 1-a, b, d; 2-c; 3-a, b; 4-b, c; 5-b.

ncercuii rspunsurile corecte laurmtoarele ntrebri.

ATENIE: la aceeai ntrebare pot exista

unul sau mai multe rspunsuri corecte!Timp delucru: 15 minute


10/12


14

1.5. REZULTATE ATEPTATE. TERMENIESENIALI. BIBLIOGRAFIESELECTIV

REZULTATE ATEPTATE

Dup studierea acestui modul, trebuiecunoscute:- schemele de baz pentru reprezentarea

sistemelor de reglare automat (SRA),variabilele cu denumirile consacrate

din Ingineria sistemelor automate icaracteristicile unui SRA;

- principalele simbolizri grafice pentruparametrii i aparatur, modul dedispunere n schemele de automatizarei interpretarea n funcie deinterconectarea acestora.

TERMENI

ESENIALI

Sistem automat - ansamblul format din procesul supusautomatizrii imijloacele tehnice care asigur automatizareaacestuia.

Automatizarea - aciunea de concepere/realizare de automatei de echipare a sistemelor fizico-tehnice cu automate pentruefectuarea n mod automat a unor operaii, micri etc.

Echipament de automatizare - ansamblul de obiecte careasigur controlul desfurrii proceselor tehnice sau al altor

categorii de procese, fr intervenia omului. Funcia de stabilitate- capacitatea unui SRA de a (re)stabiliun nou regim staionar, la scoaterea sa din regimul staionaranterior.

Funcia de reglare- capacitatea unui SRA de a anula eroarean regim staionar de funcionare.

Un sistem ndeplinete sarcinile de reglare (i deci estesistemde reglare automat) dac: 0lim

tt

.


11/12


15

BIBLIOGRAFIE SELECTIV

1.6. TEST DE EVALUARE

1)Sistemele de reglare automat trebuie s asigure ndeplinirea condiiei:a) 0lim

tt

; Da / Nu

b) 1lim

tt

; Da / Nu

c) tt lim ; Da / Nu

ncercuii rspunsurile corecte laurmtoare ntrebri.

ATENIE: la aceeai ntrebare pot existaunul sau mai multe rspunsuri corecte!

Timp delucru: 15 minute

Dulu M., Automatica proceselor continue. Procese termice i chimice,Editura Universitii Petru Maior din Tg.Mure, 2004. Dulu M., Chindri M.,Automatizarea proceselor termice i chimice, CursLito, Universitatea Petru Maior din Tg.Mure, 2002.

Coloi T., s.a.,Automatizri industriale continue, Institutul Politehnic Cluj-Napoca, 1983.

Vntoru M., Conducerea automat a proceselor industriale, EdituraUniversitaria Craiova, 2001.

ISA-S5.1,Instrumentation Symbols and Identification, Instrument Societyof America, 1984.


12/12


16

2)Proiectarea SRA:a) necesit cunoaterea semnalelor msurate i controlate; Da / Nu

b) impune determinarea parametrilor de acordare ai regulatorului; Da / Nuc) alegerea unui model matematic al procesului; Da / Nu

3)Regulatorul prelucreaz:a) semnalul de comand; Da / Nu

b) semnalul de execuie; Da / Nuc) semnalul de eroare; Da / Nu

4)Conform ISA-S5.1, simbolizarea FC, poziionat ntr-un cerc, reprezint:a) reglare de debit; Da / Nu

b) for iconcentraie; Da / Nuc) reglare de for; Da / Nu

5)Conform ISA-S5.1, simbolizarea PIRC, poziionat ntr-un cerc, reprezint:a) regulator proporional pentru concentraie; Da / Nu

b) reglarea, nregistrarea i indicarea presiunii; Da / Nuc) regulator proporional-integrativ cu nregistrare; Da / Nu

Grila de evaluare: 1-a; 2-a, b; 3-c; 4-a; 5-b.

Documents

Sisteme automate conducere procese industriale,cap 1