Automatizări

Curs nr. 1

1. Introducere în tehnica sistemelor automate.

1.1. Noţiuni generale de automatică, automatizare, sistem automat.

Automatizarea unui proces tehnologic constă în dotarea instalaţiei tehnologice cu anumite echipamente tehnice speciale în vederea efectuării automate a operaţiei de conducere a acestuia în condiţii prestabilite. Cu alte cuvinte, automatica este o ştiinţă inginerească care se referă la conducerea proceselor şi are drept studiu automatizarea acestora.

Principalele operaţii impuse de automatizare sunt:

• măsurarea sau determinarea prin calcul a principalelor variabile ale procesului condus;

• semnalizarea depăşirii anumitor limite de către anumite variabile ale procesului;

• reglarea la o anumită valoare constantă sau modificabilă a uneia sau a mai multor variabile supuse influenţei perturbaţiilor;

• modificarea programată a unor variabile;

• modificarea sau menţinerea unor rapoarte determinate între anumite variabile ale procesului;

• menţinerea unor variabile sau funcţii de variabile la o valoare extremă maximă sau minimă;

• protecţia instalaţiei în caz de avarie sau pericol.

Automatizarea poate fi implementată în numeroase variante de realizare, funcţie de următorii parametri:

• natura procesului automatizat;

• gradul de cunoaştere respectiv cantitatea de informaţie avută la dispoziţie

referitoare la procesele tehnologice respective;

• echipamentele tehnice puse la dispoziţie de firmele producătoare;

• gradul de pregătire profesională a personalului de proiectare şi de

exploatare.

Indiferent de varianta de realizare, întotdeauna automatizarea este şi o problemă de optimizare. Când se implementează o operaţie de automatizare trebuie să fie aleasă soluţia optimă de automatizare, trebuie să fie alese echipamentele tehnice optime pentru procesul tehnologic respectiv şi trebuie să se aleagă operarea optimă a echipamentelor tehnice alese.

Automatizarea reprezintă în ultimă instanţă cea mai ridicată treaptă de conducere care poate să asigure performanţe ridicate pentru procesul condus.

Performanţele procesului condus sunt apreciate cu un anumit criteriu, numit criteriu de performanţă.

Criteriul de performanţă trebuie întotdeauna să respecte o sene de restricţii privind calitatea producţiei şi securitatea instalaţiilor tehnologice.

Automatizarea se defineşte ca operaţia de introducere într-un flux tehnologic a unor echipamente speciale cu scopul de a realiza conducerea procesului respectiv.

Procesul (P) este instalaţia tehnologică sau utilajul asupra căruia se realizează operaţia de automatizare.

Procesul este caracterizat prin una sau mai multe variabile măsurabile care trebuie menţinute la o anumită valoare, modificabilă după anumite legi prestabilite.

In literatura de specialitate germană procesul este denumit obiect reglat iar în literatura engleză şi rusă element automatizat.

Dispozitivul de automatizare (DA) sau de conducere (DC) este ansamblul echipamentelor tehnice care se ataşează procesului în vederea realizării operaţiei de automatizare.

Sistemul automat (SA) este ansamblul alcătuit din proces şi dispozitivul de automatizare:

SA = P+DA

Elementul de reglare (ER) este orice element component din cadrul sistemului automat în interiorul căruia se transmite o anumită informaţie. Elementul de reglare prezintă o variabilă de intrare (i ) care este de obicei o variabilă independentă şi o variabilă de ieşire ( e ) care este o variabilă dependentă. Elementul de reglare stabileşte o anumită dependenţă în regim static şi dinamic între cele două variabile de intrare şi de ieşire.

Schema bloc este o schemă simplificată a unui sistem automat în care elementele de reglare sunt reprezentate prm mici dreptunghiuri legate între ele prin linii cu săgeţi în vârf. Sensul săgeţii indică sensul de propagare a informaţiei în interiorul sistemului automat, ca în figura 1.:

Figura 1.

Dacă procesul prezintă o singură variabilă de ieşire se mai numeşte şi proces univariabil sau univariant.

Dacă fimcţia P(M) prezintă discontinuitate, sistemul este eterogen (este constituit din două sau mai multe faze). De exemplu densitatea, indicele de refracţie se modifică brusc ca valoare la trecerea de la propan lichid la propan vapori .

Aşadar faza reprezintă acea parte dintr-un sistem în interiorul căreia proprietăţi diferite sunt funcţii continue de poziţie.

Procesele sunt caracterizate prin faptul că pot fi incluse în teoria sistemelor, deci pot fi privite ca şi sisteme.

Dacă variabilele de intrare şi ieşire sunt invariante în raport cu timpul, starea permanentă în care se află procesul este o stare staţionară sau statică.

Dacă în proces au loc fenomene de acumulare de energie sau masă, variabilele de ieşire sau de intrare devin funcţii de timp.

Caracterizarea sistemului sau a procesului în această situaţie este denumită caracterizare dinamică.

Procesele automatizate şi sistemele automate se clasifica şi ele la rândul lor în:

• sisteme cu parametri concentraţi (SPC) - sunt acele sisteme la care funcţia P(M) este constantă (vezi 1.2.);

• sisteme cu parametri distribuiţi (SPD) - funcţia P(M) nu este constantă, dar obligatoriu ea trebuie să facă parte din clasa funcţiilor continue.

Două exemple concludente:

• un reactor de amestecare obişnuit este un sistem cu parametri concentraţi dacă admitem nişte ipoteze simplificatoare. înseamnă că în fiecare punct din masa de reacţie există aceeaşi concentraţie pentru componentele ce interezează;

• la un reactor tubular, vertical sau orizontal, acest lucru nu mai este valabil, concentraţia fiind modificată de-a lungul tubului.

Organismele vii şi multe alte sisteme din societate, economie, poartă numele de sisteme care funcţionează cu autoreglare.

Autoreglarea este proprietatea internă a sistemului respectiv de a-şi menţine starea curentă egală cu o anumită stare de referinţă fără nici o intervenţie din afara sistemului.

Sistemele tehnice care fac parte din această clasă sunt alcătuite din două părţi componente: procesul şi dispozitivul de automatizare conectate în opoziţie.

Toate sistemele automate care au conectat dispozitivul de automatizare în opoziţie cu procesul sunt sisteme cu autoreglare. Ele se mai numesc şi sisteme de reglare automată ( SRA ). Schema bloc este prezentată în figura 2. Variabila de intrare i este uneori denumită şi valoare prescrisă sau valoare dorită xp iar variabila de ieşire e, mărime reglată sau parametru reglat x .