Elemente de executie (EE)

Elemente de executie (EE)

1. Notiuni generale

Elementele de executie sunt componente ale sistemelor automate care primesc la intrare semnale de mica putere de la blocul de conducere si furnizeaza marimi de iesire, in marea majoritate a cazurilor, de natura mecanica (forte, cupluri) capabile sa modifice starea procesului in conformitate cu algoritmul de conducere stabilit.

Avand un dublu rol, informational si de vehiculare a unor puteri importante, elementele de executie au o structura complexa, reprezentand subsisteme in cadrul sistemelor automate. In general, elementul de executie este format din doua parti distincte: motorul de executie ME (numit si servomotor) si organul de executie OE Schema bloc a unui EE este prezentata in folia transparenta FT8 a.

Relatia care se stabileste intre marimile  m de la iesirea EE (marimea de executie) si c marimea de intrare a EE (provenita de la regulator) defineste comportarea EE in regim stationar. Raportul dintre aceste marimi, pentru orice valoare a lui c, ar fi ideal sa fie constant, dar intervin in cursul functionarii EE anumiti factori care influenteaza marimea m (frecari, reactii ale mediului ambiant, greutati neechilibrate etc.).

Exista cazuri cand trecerea de la regulator la EE trebuie adaptata, folosind un convertor care transforma marimea de comanda, de exemplu din electrica in hidraulica, daca intrarea in EE trebuie sa fie hidraulica, situatie prezentata in folia transparenta FT8 b.

EE poate actiona asupra modificarii de energie in doua moduri:

Continuu, daca marimea m poate lua orice valoare cuprinsa intre doua valori limita;

Discontinuu, daca marimea m poate fi modificata numai pentru doua valori limita (dintre care cea inferioara este in general zero).

Daca interventia asupra organului de executie se realizeaza manual, partea motoare ME nu mai este necesara.

Dupa natura sursei de energie folosite pentru alimentarea partii motoare ME, EE se pot clasifica in:

Electrice;

Hidraulice;

Pneumatice.

Clasificarea EE este prezentata in folia transparenta FT9

2. Actionarea electrica a EE

Actionarea electrica a organelor de executie se realizeaza cu electromagneti sau cu motoare electrice de curent continuu sau de curent alternativ.

Folosind electromagneti, se obtine o actionare discontinua, bipozitionala, intrucat se pot obtine la iesire doua pozitii stationare (inchis-deschis, dreapta-stanga); trecerea de la o stare la alta se face intr-un timp scurt.

In multe procese tehnologice cu reglare automata, pentru variatia marimii de actionare (de exemplu, pentru reglarea temperaturii, debitului, presiunii etc.) trebuie modificata pozitia elementelor de reglare ale organului de executie (vanelor, supapelor, cursoarelor etc.), care determina valoarea fluxului de energie condus spre obiectul reglarii. Aceasta comanda se poate realiza si cu motoare electrice.

Pentru organele de executie de putere mica se folosesc in general motoare bifazate (asincrone) cu rotorul in scurtcircuit, iar pentru organe de executie de puteri mari, motoare trifazate cu rotorul in scurtcircuit.

Se construiesc servomotoare asincrone in urmatoarele variante: cu o singura rotatie, cu mai multe rotatii sau cu o cursa rectilinie. Cele cu mai multe rotatii, la care cursa completa a elementului de reglare corespunde cu cateva rotatii ale arborelui de iesire, se folosesc mai frecvent pentru actionarea robinetelor sau a supapelor regulatoare.

La servomotoarele cu miscare rectilinie, arborele de iesirte este inlocuit printr-o tija, a carei cursa completa corespunde cu cursa completa a elementului de reglare. Parametrii principali, in functie de care se aleg elementele, sunt: cuplul de rotatie la arborele de iesire sau forta la dispozitivul cu cursa rectilinie si durata unei rotatii complete a arborelui de iesire sau a unei curse complete a tijei.

Actionarile electrice cu motoare se impart in doua grupe:

Cu viteza constanta;

Cu viteza variabila.

Pentru comanda motoarelor bifazate si trifazate asincrone se folosesc bobine de reactanta cu saturatie (amplificatoare magnetice).

Din punct de vedere constructiv, partea motoare a EE este construita din doua subansambluri independente:

Amplificatorul de executie;

Motorul de executie.

In cazul motoarelor de curent continuu, comanda se poate face in doua moduri:

Variind curentul de excitatie si mentinand constant curentul din indusul motorului;

Variind curentul din indusul motorului si mentinand constant curentul de excitatie.

In general, in SRA se intrebuinteaza metoda a doua, pentru ca pierderile de energie sunt mai mici. Aceste motoare sunt folosite mai ales in SRA in care parametrul legat este turatia sau un cuplu.

Avantajele utilizarii servomotoarelor de c.c. decurg din cerintele de functionare ale acestora:

Posibilitatea de reglaj in limite largi;

Stabilitate a vitezei;

Putere de comanda mica;

Cuplu de pornire si viteza de raspuns mare.

Dezavantajul folosirii motoarelor de c.c. il constituie aparitia scanteilor la colector in timpul comutatiei, facandu-l nefolosibil in medii inflamabile sau explozive, precum si producerea de perturbatii radiofonice.

3. Actionarea hidraulica a EE

Actionarile hidraulice au fost primele mecanisme din tehnica reglarii automate destinate reglarii proceselor, prin dezvoltarea sistemelor electrice de reglare, folosirea elementelor hidraulice a scazut datorita neajunsurilor elementelor hidraulice (lipsa posibilitatii de comanda la distanta, necesitatea etansarii ingrijite a corpurilor si conductelor, dependenta caracteristicilor de variatiile de temperatura ale mediului ambiant si necesitatea unei surse hidraulice).

In ultimul timp, elementele hidraulice cunosc o larga raspandire, intrucat prezinta unele avantaje fata de cele electrice, de exemplu: banda mare de trecere (frecvente ridicate de lucru), raport putere/gabarit maxim, lipsa in majoritatea cazurilor a unui reductor de iesire si varietatea mare a  formelor de miscare a axului de iesire (rotativ, oscilant, liniar).

Caracteristicile statice principale ale elementelor de actionare hidraulice sunt caracterizate de viteza si de forta care determina viteza de iesire si forta dezvoltata de motorul de executie in functie de elementul de comanda. Folosind presiuni inalte se pot comanda EE pana la 200m, fara pierderi importante de presiune.

Deosebit de eficienta este hidraulica atunci cand trebuie actionate, in acelasi timp, mai multe EE (de exemplu: macazurile folosite in transporturi etc.).

In instalatiile de automatizare se folosesc, in majoritatea cazurilor, motoare hidraulice cu piston, care pot fi:

o      Cu miscare liniara;

o      Cu miscare de rotatie (limitata la un unghi de 1800).

4.  Actionarea pneumatica a EE

       Motoarele de executie pneumatice se folosesc foarte mult pentru ca prezinta urmatoarele avantaje:

Fluidul folosit (aerul) nu prezinta pericol de incendiu;

Dupa utilizare, aerul este evacuat in atmosfera, nefiind necesare conducte de intoarcere ca la cele hidraulice;

Pierderile de aer in anumite limite, datorate neetansietatii, nu produc deranjamente;

Sunt simple, robuste, sigure in functionare si necesita cheltuieli de intretinere reduse.

Dezavantajele acestor motoare sunt urmatoarele:

Viteza de raspuns este mica (in medie 1/3 – 1/4  din viteza de raspuns a motoarelor hidraulice);

Precizia motoarelor pneumatice este redusa.

Se recomanda folosirea servomotoarelor pneumatice in urmatoarele cazuri:

Servomotorul are greutate redusa;

Temperatura mediului ambiant este ridicata si cu variatii mari;

Mediul ambiant este exploziv;

Nu se cere precizie mare;

Nu se cer viteze de lucru mari.

Motoarele pneumatice pot fi liniare sau rotative. Cele liniare se pot realiza cu piston sau cu membrana.