Reglarea automată a nivelului într-un rezervor

1. Generalităţi

Se consideră un rezervor cilindric închis, de secţiune constantă, alimentat la partea superioară prin intermediul unei conducte având debitul Qi .

La partea inferioară rezervorul este prevăzut cu o conductă ce asigură evacuarea fluidului din rezervor, debitul de evacuare Qe fiind modificat prin intermediul unui ventil comandat.

Se cere să se proiecteze un sistem de reglare care să asigure menţinerea constantă a nivelului lichidului în rezervor, la o valoare impusă, prin comanda ventilului montat pe conducta de evacuare a rezervorului.

Se consideră ca peturbaţie a sistemului, fluctuaţiile debitului de intrare în rezervor.

Convenim să notăm cu valoarea impusă a nivelului lichidului din rezervor.

Schema funcţională de principiu a sistemului de reglare automată a nivelului într-un rezervor închis este prezentată în figura 1.

Fig.1 Schema funcţională a sistemului de reglare automată a nivelului într-un rezervor

2. Alegerea schemei sistemului de reglare

2.1. Descrierea funcţionării schemei

Schema bloc a sistemului de reglare automată este prezentată în figura 2.

Fig.2 Schema bloc a sistemului de reglare automată

Aşa cum se observă şi din figura 2, în cadrul schemei de reglare apar următoarele elemente : regulatorul(R), elementul de execuţie (EE), procesul (P), traductorul (TR) şi elementul de comparaţie.

Ieşirea (y) din procesul P este chiar mărimea reglată, iar în cazul de faţă este reprezentată de înălţimea lichidului din rezervor.

Mărimea de ieşirea y este măsurată şi convertită într-un semnal unificat 4÷20 mA, prin intermediul traductorului. Mărimea de ieşire din traductor (r) este comparată, prin intermediul elementului de comparaţie EC, cu mărimea de referinţă v, rezultând în final o eroare ε. Ţinând cont de eroarea ε, regulatorul elaborează o mărime de comandă c, de natură electrică, aceasta fiind convertită mai departe de către un convertor electropneumatic într-un semnal pneumatic care în cele din urmă se aplică elementului de execuţie (EE). În conformitate cu comanda primită, elementul de execuţie modifică debitul de evacuare al rezervorului, astfel modficându-se nivelul de lichid din rezervor.

Trebuie specificat faptul că mărimea de referinţă v, în cazul nostru fiind nivelul impus , este şi ea convertită în semnal unificat 4÷20 mA, prin intermediul unui prescriptor de referinţă.

2.2. Prezentarea elementelor schemei

2.2.1. Elementul de execuţie

Atât pentru reglarea debitului, cât şi pentru reglarea presiunii, cel mai folosit element de execuţie este ventilul cu membrană şi resort, care este un element de execuţie comandat în presiune. Acesta poate fi comandat direct de către un regulator pneumatic, însă în ultimul timp regulatoarele pneumatice sunt din ce în ce mai puţin utilizate, locul lor fiind luat de regulatoarele numerice. În cazul utilizării unui regulator numeric este necesară prezenţa unui convertor electropneumatic care să transforme mărimea de comandă generată de regulator, mărime care este de natură electrică, într-o mărime de natură pneumatică.

Concret, convertorul electropneumatic are ca mărime de comandă un curent 4÷20 mA şi furnizează, proporţional cu acesta, un semnal pneumatic 0.2÷1bar. Pentru a putea fi realizată această conversie este nevoie de o sursă de aer comprimat.

Schema funcţională de principiu a unui ventil cu membrană şi resort este prezentată în figura 3