carte integrala pdf 100 preocente.pdf

8/15/2019 carte integrala pdf 100 preocente.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/carte-integrala-pdf-100-preocentepdf 1/700

T U D O R C I U R U

ECHIPAMENTE MODERNE DEAUTOMATIZARE Ş I UTILAJE

TEHNOLOGICE INDUSTRIALE

ÎNDRUMAR DE DOCUMENTARE, PROGRAMARE

ŞI APLICARE PRACTIC Ă

EDITURA TEHNICA - INFOChi şin ău 2009



CZU

Universitatea Tehnică a Moldovei (UTM), facultatea de Energetică, catedra deElectromecanică şi Metrologie, specializarea „Acţionări electrice automatizate în procesetehnologice”

Tudor Ciuru. Echipamente moderne de automatizare şi utilaje tehnologice industriale /Îndrumar de documentare, programare şi aplicare practică - Chişinău, Editura „TEHNICA – INFO”, 2009, 702 p.

Acest îndrumar (Cправочник) reprezintă o selectare şi descriere generală a celor mai principale echipamente moderne de automatizare : senzori, traductoare şi regulatoare ale proceselor tehnologice tipice de reglare a temperaturii, nivelului, presiunii şi debitului;controlere programabile logice (PLC) modulare universale şi principii de programare ale lor, precum şi computere industriale; convertizoare de frecven ţă variabil ă ş i startere depornire lin ă a motoarelor , produse de companiile mondiale principale, care activează în acestdomeniu. Sunt aduse şi unele exemple de aplicare practică a acestor echipamente în principalelesisteme tipice de utilizare în masă : de înc ălzire şi alimentare cu ap ă cald ă, frigorifice şi decondi ţionare a aerului, pompe de c ăldur ă şi de alimentare cu ap ă potabil ă, sisteme dedispecerizare şi vizualizare SCADA, echipamente şi sisteme pneumatice de automatizare.

În partea a doua a ghidului sunt descrise procesele şi utilajele tehnologice clasice şimoderne, sistemele de ac ţionare electric ă şi de automatizare din ramurile industriale de bazăale Republicii Moldova şi anume: din industria vinicol ă , a zah ărului, panifica ţiei, laptelui,cărnii. sticlei, cimentului, hârtiei şi cartonului.

Îndrumarul este scris într-o formă simplă şi accesibilă pentru studenţi şi tehnicieni dindiferite ramuri, fiind bazat pe un număr foarte mare de aspecte constructive, tehnologice,funcţionale, de acţionare electrică şi de automatizare ale echipamentelor şi utilajelor moderne.El poate servi ca un material de informare şi documentare practică, atât pentru studenţi în etapafinală a procesului de învăţă mânt sau a proiectării de diplomă, cât şi pentru tehnicieni şi ingineri,care activează în ramurile industriale menţionate.

Îndrumarul poate fi cumpărat de la autor în formă electronică – pe disc compact.

Recenzent – Bartolomeu Izvoreanu , conferenţiar universitar, doctor-inginer, şefulcatedrei de Automatică a facultăţii Calculatoare, Informatică şi Microelectronică a UTM.

ISBN



C U P R I N S 3

INTRODUCERE..................................................................................................... 9

Partea I:CARACTERISTICA GENERALĂ A SISTEMELOR DEAUTOMATIZARE ALE PROCESELOR TEHNOLOGICE

1. R EGULATOARE, SENZORI ŞI TRADUCTOARE, UTILIZATE ÎN AUTOMATIZAREAPROCESELOR TEHNOLOGICE INDUSTRIALE

15

1.1 Sisteme de reglare automată ale proceselor tehnologice şi legi tipice dereglare................................................................................................................. 15

1.1.11.1.21.1.3

Func ţii şi propriet ăţ i principale ale sistemelor de reglare automat ă....................Legi şi scheme tipice ale regulatoarelor analogice şi analogo-discrete...............Principii de acordare optim ă a regulatoarelor......................................................

151827

1.21.2.11.2.21.2.31.2.4

Senzori de proximitate şi de poziţie.................................................................Senzori inductivi..................................................................................................Senzori capacitivi.................................................................................................Senzori de proximitate cu ultrasunete..................................................................Optosenzori de proximitate.................................................................................

2828323437

1.31.3.11.3.21.3.3

Senzori, regulatoare şi controlere de temperatură.........................................Senzori de temperatur ă........................................................................................Indicatoare şi regulatoare automate de temperatur ă............................................Controlere programabile de temperatur ă.............................................................

41414350

1.41.4.11.4.2

Regulatoare şi traductoare de măsurare a nivelului.....................................Traductoare discrete simple de nivel...................................................................Traductoare continue de nivel.............................................................................

535355

1.51.5.11.5.21.5.3

Senzori şi traductoare de presiune................................................................ Noţiuni generale..................................................................................................Traductoare de presiune 2600T ale companiei ABB...........................................Traductoare de presiune ale altor companii ........................................................

58586064

1.61.6.11.6.21.6.3

1.6.41.6.51.6.6

Traductoare de măsurare a debitului lichidelor şi gazelor .......................... Noţiuni generale despre debit şi cantitate ...........................................................Debitmetre de induc ţie electromagnetic ă............................................................Debitmetre de mas ă MASSFLOW...................................................................

Debitmetre şi contoare ultrasonore SONOFLOW...............................................Debitmetre cu turbine rotative............................................................................Debitmetre cu vârtejuri VORTEX / SWIRLFLOW............................................

65656669

717273

2 CONTROLERE PROGRAMABILE MODULARE ŞI COMPUTERE INDUSTRIALEDE AUTOMATIZARE APROCESELOR TEHNOLOGICE

75

2.12.2

Noţiuni generale şi clasificare...........................................................................Controlere programabile simplificate LOGO ale companiei Siemens........

7589

2.2.12.2.2

2.2.32.2.4

Noţiuni generale şi componen ţă .........................................................................Principii de programare direct ă ..........................................................................

Principii de programare la calculator în programul LOGO Soft Confort............Aplica ţii practice în automatiz ări simple.............................................................

8994

97982.3 Sisteme industriale integrate de automatizare cu controlere

programabile modulare SIMATIC S7........................................................... 106



4

2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.52.3.6

Noţiuni generale .................................................................................................Controlere programabile logice modulare şi panouri de comand ă .....................Controlere programabile logice combinate ........................................................Re ţeaua de nivel inferior AS-Interface ...............................................................Re ţele de telecomunica ţii industriale şi de telecomand ă la distan ţă ...................Principii de programare ale controlerelor industriale SIMATIC S7..................

106108112115118121

2.42.4.12.4.22.4.32.4.42.4.52.4.62.4.7

VIPA – controlere germane compatibile cu SIMATIC S7 ...........................Particularit ăţi şi componente principale..............................................................Principii şi etape principale de programare computerizat ă..................................Selectarea modulelor şi configurarea controlerelor.............................................Exemplu de programare şi testare a unei func ţii logice simple ..........................Exemplu de programare şi testare a unei func ţii logice complexe......................Exemplu de programare automatizat ă în limbajul STL .....................................Particularit ăţi de utilizare a blocurilor m ărimilor variabile.................................

134134141144146151155165

2.52.5.12.5.22.5.3

Elemente semiconductoare de interfaţă ale controlerelor ...........................Elemente de interfa ţă de putere mic ă..................................................................Elemente de interfa ţă de putere mare..................................................................Module de interfa ţă pentru func ţionare în re ţea .................................................

1681681691732.6

2.6.12.6.22.6.32.6.42.6.5

Computere industriale de automatizare ........................................................ Noţiuni generale..................................................................................................Computere industriale SIMATIC PC ale companiei SIEMENS.......................Computere industriale ale companiei germano-americane LENZE……………Particularit ăţi principale ale computerelor altor companii mondiale..................Utilizarea computerului industrial pentru automatizarea ma şinii unelteTRUMATIC 500 de ştan ţat foi de metal.............................................................

175175178180185

190

3. CONVERTOARE ELECTRONICE DE PUTERE, UTILIZATE ÎN SISTEMEMODERNE DE AUTOMATIZARE

195

3.13.1.13.1.2

Convertoare programabile de pornire lină a motoarelor asincrone............. Noţiuni generale şi principii de func ţionare........................................................Softstartere industriale moderne de pornire a motoarelor electrice……………

195195200

3.23.2.13.2.23.2.3

Convertizoare clasice de frecvenţă variabilă cu invertoare autonome……Clasificare şi propriet ăţi principale......................................................................Invertoare autonome clasice de tensiune dreptunghiular ă nemodulat ă …….....Sistemul de comand ă şi reglare automat ă al unui invertor clasic………………

218218221223

3.33.3.13.3.23.3.3

Invertoare autonome moderne cu tensiune modulată în frecvenţă înaltăPrincipii de modulare a tensiunii.........................................................................Invertoare autonome de tensiune cu curen ţi prescri şi........................................Regimuri de frânare frecven ţială ale motoarelor asincrone.................................

225225230233

3.43.4.13.4.23.4.3

Sisteme de reglare automată vectorială a vitezei motoarelor asincronePrincipii generale de reglare frecven ţială vectorial ă...........................................Orientarea indirect ă dup ă câmp şi f ăr ă traductor de vitez ă ................................Sisteme de reglare discret ă direct ă a cuplului motorului asincron .....................

236236241244

3.53.5.13.5.23.5.33.5.4

3.5.53.5.63.5.73.5.8

Convertizoare industriale moderne de frecvenţă variabilă .........................Clasificarea şi analiza comparativ ă general ă.......................................................Schema func ţional ă a sistemului de comand ă şi reglare scalar ă........................Convertizoare de frecven ţă ale companiei germane Siemens............................Convertizoare de frecven ţă ACS ale corpora ţiei ABB......................................

Convertizoare ale companiilor Telemecanique-Schneider Electric..................Convertizoare VLT ale companiei daneze DANFOSS......................................Convertizoare şi servosisteme ale companiei OMRON ...................................Convertizoare de frecven ţă ale companiei LENZE...........................................

248248253256261

268277284294



5

4. APLICAŢII ALE SISTEMELOR DE AUTOMATIZARE ŞI ACŢIONARE 303

4.14.1.14.1.2

4.1.34.1.44.1.54.1.64.1.74.1.84.1.9

4.1.10

Sisteme moderne de încălzire şi alimentare cu apă caldă.............................. Noţiuni generale.................................................................................................. Nomenclatura echipamentelor de automatizare ale companiei Danfoss.............

Relee de presiune şi de temperatur ă ...................................................................Regulatoare de temperatur ă cu ac ţiune direct ă ale companiei Danfoss………Schimb ătoare de c ăldur ă cu plăci........................................................................Regulatoare ECL cu controlere programabile de temperatur ă ..........................Instala ţii termice modulare HKL ale companiei DANFOSS ...........................Puncte termice modulare automatizate ale asocia ţiilor ruse şti............................Sisteme de automatizare a centralelor şi punctelor termice ale firmeiRomany Gaz Group din Chi şinău........................................................................Exemplu de acordare şi modelare a pompei reglabile de recircula ţie a unuicazan de înc ălzire.................................................................................................

303303305

308310312313316323

327

3344.2

4.2.14.2.24.2.34.2.44.2.5

Echipamente tehnologice şi de automatizare ale instalaţiilor frigorifice…Tehnica ob ţinerii temperaturilor sc ăzute ...........................................................Compresoare şi agregate frigorifice de putere mic ă...........................................Vaporizatoare şi condensatoare...........................................................................Cillere şi maşini frigorifice de putere mare.........................................................Controlere specializate de automatizare ale instala ţiilor frigorifice ...................

340

340343347349352

4.34.3.14.3.2

4.3.3

Sisteme moderne de condiţionare a aerului şi de ventilare............................ Noţiuni generale despre climatizoarele casnice ................................................Climatizoare casnice cu convertizoare de frecven ţă ale companieiMitsubishi Electric ..............................................................................................Climatizoare industriale şi sisteme de ventilare .................................................

358358

363364

4.44.4.14.4.24.4.3

Pompe geotermale şi regenerabile de căldură................................................. Noţiuni generale, principiu de func ţionare şi clasificare.....................................Pompe industriale de c ăldur ă...............................................................................Exemple de utilizare practic ă ale pompelor de c ăldur ă ......................................

372372378384

4.54.5.14.5.24.5.34.5.4

4.64.6.14.6.24.6.3

Pompe, instalaţii şi staţii automatizate de pompare a apei potabile............Caracteristica general ă şi clasificarea pompelor centrifugale ............................Pompe moderne cu convertizoare integrate de frecven ţă variabil ă...................Instala ţii moderne şi staţii automatizate de pompare...........................................Exemple de calculare şi modelare a sistemelor de reglare automat ă a presiunii şi nivelului instala ţiilor de pompare cu tura ţie reglabil ă.....................Sisteme de dispecerizare, vizualizare şi achiziţie de date SCADA................ Noţiuni generale..................................................................................................Sistemul KOHTAP SCADA al uzinei moscovite de automatic ă termic ă ........Pachete de programare ale sistemelor SCADA...................................................

386386393401

411416416418422

4.74.7.14.7.24.7.34.7.44.7.54.7.64.7.7

4.7.84.7.9

Echipamente pneumatice şi electropneumatice de automatizare ............... Noţiuni generale despre utilizarea ac ţion ărilor pneumatice şi hidraulice ...........Structura general ă a sistemelor de ac ţionare pneumatic ă ...................................Aparate de preparare şi stabilizare a presiunii aerului ........................................Cilindri de ac ţionare pneumatic ă ........................................................................Ventile de distribu ţie a aerului comprimat şi insule de ventile ..........................Drosele pneumatice de închidere şi reglare a debitului cilindrilor ....................Senzori şi traductoare ale companiei FESTO .....................................................Controlere programabile ale companiei FESTO ................................................Sisteme şi reţele de automatizare cu echipamente pneumatice FESTO .............

425425429431432437443446

449454



6

Partea II:PROCESE ŞI UTILAJE TEHNOLOGICE INDUSTRIALE

NAŢIONALE5. PROCESE ŞI UTILAJE TEHNOLOGICE DIN INDUSTRIA VINICOLĂ 457

5.15.2

Clasificarea generală a ramurilor şi proceselor industriei vinicole............Linii şi utilaje tehnologice tipice de prelucrare primară a strugurilor.......

457458

5.2.15.2.25.2.35.2.4

Linii şi procese tehnologice tipice principale......................................................Scurg ătoare şi prese clasice cu şnec…………………………………………..Prese pneumatice moderne ……………………………………………………Utilaje de sedimentare şi filtrare a produselor vinicole………………………..

458461463467

5.35.45.5

Procese şi utilaje moderne de filtrare şi vinificaţie primară .........................Utilaje tehnologice pentru prelucrarea termică a produselor vinicole.........Linii tehnologice automatizate de îmbuteliere a vinurilor ............................

471478479

5.5.1

5.5.25.5.35.5.45.5.55.5.65.5.7

Noţiuni generale şi clasificare ............................................................................

Ma şini automate de sp ălat sau cl ătit sticle .........................................................Ma şini automate de umplere a sticlelor .............................................................Ma şini automate de fixare a dopurilor ................................................................Ma şini automate de etichetare a buteliilor ..........................................................Ma şini automate de ambalare a sticlelor în l ăzi sau cutii ...................................Conveiere de transportare a sticlelor liniilor de îmbuteliere ..............................

479

481482484485486487

6. UTILAJE TEHNOLOGICE, MAŞINI, APARATE, ACŢIONĂRI ŞIAUTOMATIZĂRI DIN INDUSTRIA ZAHĂRULUI 489

6.1

6.1.16.1.26.1.36.1.46.1.5

Procese şi opera ţii tehnologice de producere a zah ărului ..................................

Transportarea şi cur ăţirea sfeclei........................................................................Prelucrarea sfeclei şi obţinerea sucului de difuzie .............................................Cur ăţirea sucului de difuzie ................................................................................Vaporizarea sucului de difuzie şi obţinerea siropului .........................................Centrifugarea şi separarea cristalelor de zah ăr ...................................................

489

491491492493493

6.26.2.16.2.26.2.36.2.4

6.2.5

Utilaje tehnologice şi electrice de bază ale fabricilor de zahăr ......................Caracteristica general ă şi clasificarea utilajelor principale ...............................Construc ţia şi acţionarea reglabil ă a maşinii de t ăiat sfecl ă ...............................Ac ţionarea şi automatizarea aparatelor de difuzie ..............................................Sisteme de automatizare ale sec ţiilor de cur ăţ ire şi de vaporizare a sucului dedifuzie .................................................................................................................

Sistemul de ac ţionare reglabil ă şi automatizare al centrifugelor cu func ţionareciclic ă ..................................................................................................................

496496497500

504

507

7. UTILAJE TEHNOLOGICE, ACŢIONĂRI ŞI AUTOMATIZĂRI ALEÎNTREPRINDERILOR DE PANIFICAŢIE

513

7.1

7.27.2.17.2.27.2.37.2.47.2.5

Caracteristica generală a proceselor tehnologice de producere industrialăa pâinii................................................................................................................Utilaje tehnologice principale ale întreprinderilor de panificaţie................Clasificarea şi caracteristica general ă a utilajelor de panifica ţie ........................Utilaje de p ăstrare şi transportare a f ăinii ..........................................................

Utilaje pentru preg ătirea şi dozarea componentelor ini ţiale ...............................Ma şini şi mecanisme de preg ătire a aluatului .....................................................Cuptoare de copt pâine ......................................................................................

513520520521522523528



7

7.3 Linii automatizate de producere a covrigeilor şi covrigilor .......................... 5337.4

7.4.17.4.27.4.3

Linia tehnologică “Buhler” de producere a macaroanelor lungi.................Caracteristica tehnologic ă general ă.....................................................................Dispozitive şi principii de dozare automatizat ă a f ăinii şi apei...........................Dispozitive de amestecare şi presare a aluatului ................................................

535535539540

8. PROCESE, UTILAJE TEHNOLOGICE, ACŢIONĂRI ŞI AUTOMATIZĂRI DININDUSTRIA LAPTELUI 543

8.18.28.3

8.48.5

8.5.18.5.2

8.5.3

Proprietăţi principale ale laptelui ...................................................................Recepţia şi prelucrarea industrială primară a laptelui..................................Procese tehnologice tipice de prelucrare a laptelui, smântânii şiproduselor acide dietetice.................................................................................Instalaţii de pasteurizare şi omogenizare a laptelui ......................................Separatoare centrifugale...................................................................................Clasificarea separatoarelor..................................................................................Separatoare centrifugale clasice..........................................................................

Separatoare centrifugale moderne.......................................................................

543544

545547551551551

5548.68.78.88.9

8.108.10.18.10.28.10.3

8.118.128.13

Linii tehnologice moderne de normalizare laptelui......................................Instalaţii de sterilizare şi concentrare a laptelui............................................Instalaţie de amestecare şi utilizare a laptelui praf ........................................Instalaţii aseptice de păstrare şi îmbuteliere a sticlelor cu lapte...................Procese şi utilaje tehnologice de fabricare a untului...................................Procese tehnologice tipice...................................................................................Instala ţii clasice de fabricare a untului..............................................................Instala ţii moderne de fabricare a untului.............................................................Procese şi utilaje tehnologice de fabricare a brânzeturilor...........................Spălarea utilajelor şi instalaţiilor tehnologice.................................................Operaţii tehnologice de fabricare a îngheţatei...............................................

558563564566567567568571574578580

9. PROCESE ŞI UTILAJE TEHNOLOGICE AUTOMATIZATE DIN INDUSTRIACĂRNII

581

9.19.2

Operaţii tehnologice de prelucrare primară a animalelor şi păsărilorCaracteristica generală a proceselor şi utilajelor tehnologiceprincipale de producere a salamurilor……………………………………

581

5829.3

9.3.19.3.29.3.39.3.49.3.59.3.69.3.79.3.8

Utilaje tehnologice moderne de producere a salamurilor .........................Ma şini de t ăiat carne congelat ă .........................................................................Masajoare de s ărare, amestecare şi maturare în vid a c ărnii………………..

Ma şini de tocare şi mărun ţire fin ă a cărnii ........................................................Malaxoare de toc ătur ă .........................................................................................Ma şini de ş priţuire a membranelor de salam ......................................................Ma şini de clipsare a batoanelor de salam ..........................................................Cazane de fierbere a salamurilor ........................................................................Termocamere de afumare şi prelucrare termic ă a salamurilor ..........................

584584586589594595600601604

10. PROCESE ŞI UTILAJE TEHNOLOGICE DIN INDUSTRIA STICLEI 609

10.110.1.110.1.2

Materii prime pentru fabricarea sticlei ..........................................................Materii prime principale ....................................................................................

Materii prime auxiliare........................................................................................

60961061010.2

10.2.1Prepararea şarjei - amestecului de materii prime..........................................Schema tehnologic ă general ă a secţiei de preparare ..........................................

611611



8

10.2.2 Dozarea şi amestecarea materiilor prime ........................................................... 61310.3

10.3.110.3.210.3.3

Cuptoare şi procese de topire a sticlei............................................................. Noţiuni generale ................................................................................................Procese de topire a materiilor prime şi de formare a sticlei .............................Construc ţia cuptoarelor van ă ..............................................................................

615615616618

10.4

10.4.110.4.210.4.310.4.410.4.510.4.6

Linii tehnologice automatizate de fabricare a ambalajelor din sticlă..........

Metode de fasonare a sticlei topite ....................................................................Alimentarea ma şinilor de fasonare cu pic ături de sticl ă topit ă .........................Ma şini automate de fasonare a buteliilor din sticl ă ...........................................Cuptoare de recoacere a buteliilor din sticl ă ......................................................Conveiere cu pl ăci de transportare a buteliilor din sticl ă ..................................Mecanisme de ambalare şi împachetare a buteliilor din sticl ă ..........................

623

623624625630632635

10.510.6

Sisteme de automatizare ale cuptoarelor vană.............................................Fabricarea sticlei plate......................................................................................

637642

11. PROCESE ŞI UTILAJE TEHNOLOGICE DIN INDUSTRIA CIMENTULUI 645

11.111.2

Principii generale de producere a cimentului şi proprietăţile luiprincipale ...........................................................................................................Operaţii şi utilaje de pregătire a materiilor prime.........................................

645650

11.2.111.2.211.2.311.2.4

Sf ărâmarea primar ă a materiilor prime principale .............................................Dozarea materiilor prime principale....................................................................Ma şini de m ărun ţire fin ă a materiilor prime dozate……………………………Instala ţii de corectare a con ţinutului chimic şi amestecare a materiilor prime

650654654657

11.3

11.4

Procese şi utilaje de ardere a amestecului de materii prime şi obţinerea clincherului......................................................................................................Măcinarea clincherului şi adaosurilor şi obţinerea cimentului.....................

659661

11.511.5.111.5.211.5.3

Mecanisme de transport continuu a materialelor...........................................Conveiere cu band ă transportoare .....................................................................Pompe pneumatice .............................................................................................Compresoare elicoidale de aer ...........................................................................

663663664665

11.6

11.6.111.6.211.6.3

Sistemul de acţionare electrică reglabilă şi de automatizare al cuptoruluirotativ de producere a cimentului la uzina din Rezina..................................Caracteristica şi schema general ă .....................................................................Schema electric ă general ă a sistemului de ac ţionare a cuptorului ……………Sistemul de automatizare al procesului tehnologic de producere a cimentului

667667670672

12 UTILAJE TEHNOLOGICE ŞI ACŢIONĂRI ELECTRICE DIN INDUSTRIAHÂRTIEI ŞI CARTONULUI

675

12.112.2

Principii tehnologice şi constructive generale................................................Utilaje tehnologice de fabricare a cartonului şi hârtiei.................................

675680

12.2.112.2.2

Sec ţia de preg ătire a materialelor componente ..................................................Ma şini de fabricare a cartonului şi hârtiei .........................................................

680683

12.312.4

Calculul puterii şi alegerea motoarelor maşinilor de fabricat carton ..........Cerinţele maşinilor de fabricat carton către acţionările lor electrice ..........

686687

12.512.6

12.7

Acţionări electrice de curent continuu ale maşinilor de fabricat carton...Acţionări electrice moderne de curent alternativ ale maşinilor de fabricathârtie şi carton ..................................................................................................Sisteme moderne de automatizare din industria hârtiei şi cartonului.........

688

691695

BIBLIOGRAFIE.............................................................................................. 699



I N T R O D U C E R E

În ultimele decenii ştiinţa şi tehnica au progresat enorm în toate domeniile deactivitate umană, mai ales în cele industriale. Au fost propuse un şir de tehnologii

noi, fiind totodată elaborate şi diferite utilaje tehnologice de realizare a lor – maşini de lucru cu caracter mecanic şi aparate cu procese fizice, chimice, termicesau de altă natur ă. Din prima grupă fac, parte în primul rând, maşinile şimecanismele de transportare, f ărâmiţare, mărunţire, tăiere, dozare, amestecare,separare, centrifugare, presare, compresare, laminare, înf ăşurare, împachetare,ambalare, care sunt puse, în marea lor majoritate, în mişcare cu ajutorul motoarelor şi acţionărilor electrice, pneumatice şi hidraulice. Din grupa a doua fac parteaparatele şi instalaţiile de încălzire–r ăcire, difuzie, vaporizare, condensare, filtrare,sedimentare, distilare, desf ăşurare a unor reacţii chimice a substanţelor lichide,

solide sau gazoase, fluxurile cărora sunt reglate cu ajutorul unor ventile, robinete,supape, clapete, şubere şi controlate cu ajutorul unor traductoare de măsurare aparametrilor tehnologici principali. Dintre aceşti parametri tipici fac parte :nivelul lichidului, debitul, presiunea, temperatura, concentraţia, masa şi umiditatea produselor , utilizate în majoritatea ramurilor industriale .

Procesele tehnologice tipice moderne se realizează, de regulă, în cadrul unor instalaţii sau linii tehnologice automatizate, în care utilajele şi aparatelecomponente sunt legate într-un proces unic, continuu, interdependent, coordonat şiautomatizat [1]. Deoarece ultimele sunt multiple şi complexe, este posibilă ofuncţionare optimă, o productivitate şi calitate înaltă a produselor fabricate, precumşi o eficienţă economică avantajoasă datorită eliber ării for ţelor umane de muncă,numai în cazul unei automatizări complexe. În acest caz operatorului uman îirevine doar funcţia de control şi luare de decizii în anumite situaţii imprevizibile. Oastfel de automatizare prevede în caz general realizarea următoarelor funcţii:

măsurarea, indicarea (controlul) şi vizualizarea parametrilor principali; reglarea si stabilizarea automată a acestor parametri; comanda automată prin conectare – deconectare a componentelor principale; protecţia şi diagnosticarea automată a proceselor şi utilajelor; optimizarea automată a proceselor şi regimurilor de funcţionare printr-o

configurare (selectare) a structurii sistemului, programului şi parametrilor lui.Pentru realizarea tuturor acestor funcţii complexe sistemele moderne de

automatizare ale proceselor tehnologice includ un număr şi o varietate mare decomponente, atât de putere – motoare, elemente electromagnetice, pneumatice,hidraulice de execuţie, - cât şi de comandă - traductoare, regulatoare, controlere,convertoare, indicatoare şi altele [66]. Aceste componente de natur ă diferită au ofuncţionare continue sau discretă. În raport cu complexitatea algoritmuluiobiectului de comandă şi numărul maxim de intr ări-ieşiri, sistemele deautomatizare pot fi simple, de complexitate redusă , medie şi înaltă . În funcţie denumărul obiectelor de comandă, sistemele de automatizare pot fi individuale – cuun singur obiect, şi multiple sau în grup – cu mai multe obiecte, aflate le o



I NTRODUCERE 10

anumită distanţă şi legate într-un proces tehnologic unic. Ultimele trebuie să fielegate printr-o reţea de automatizare, care poate avea mai multe nivele ierarhice dedecentralizare : inferior, mediu şi superior.

O altă tr ăsătur ă caracteristică a proceselor moderne de producţie o constituienecesitatea reglării productivităţ ii într-un diapazon larg – de exemplu, 10:1, fie

din motive tehnologice sau economice, fie tehnice, precum şi a flexibilităţ iiacestor procese – de trecere rapidă de la un produs la altul, folosind aceleaşi utilajede bază. Aceste necesităţi pot fi realizate, la rândul lor, în 2 cazuri generale :

dacă automatizarea este efectuată pe baza unui pachet de programeflexibile, înscrise în memoria controlerelor programabile, care reprezintă niştecomputere simplificate specializate pentru automatizări industriale, ceea ce permitetrecerea simplă de la un produs la altul;

dacă acţionarea maşinilor principale de lucru, sau a elementelor de execuţie,este realizată cu acţionări automatizate şi reglabile (cu viteză variabilă).

În trecut acţionările electrice reglabile erau bazate pe motoare şi convertoareelectronice de curent continuu, iar în prezent – pe motoare şi convertoare de curentalternativ (asincrone şi sincrone). Acţionările pneumatice (cu piston deplasat cuaer comprimat într-un cilindru) sunt relativ mai simple şi pot asigura o funcţionarefiabilă în condiţii grele de lucru, de exemplu la o temperatur ă sau umiditate înaltă.Acţionările hidraulice (cu piston deplasat de ulei sub presiune mult mai înaltă) augabarite şi mase mici la puteri relative mari. Ţinând cont, că fiecare tip deacţionare menţionată are avantajele şi dezavantajele sale, utilizarea lor seefectuează în funcţie de cerinţele şi condiţiile industriale de exploatare.

Aşadar, sistemele automatizate moderne de producţie sunt nişte sistemeintegrate, în care partea tehnică (mecanică, electrică şi electronică) este integratăîn partea tehnologică, ambele fiind integrate în cea de-a treia parte – de programare printr-un pachet de programe (softuri) tehnologice, de comandă, reglare, protecţie,semnalizare, vizualizare, diagnosticare, înregistrare şi documentare. Aceste sistemeau fost elaborate de mai multe companii mondiale cu potenţial tehnico-ştiinţific şieconomic înalt [66]. Multe instituţii superioare de învăţă mânt nu reuşesc să prelucreze la timp toate informaţiile noi, să editeze manualele corespunzătoare şisă cumpere echipamentele necesare, deoarece nu dispun, de regulă, nici deresursele financiare suficiente. O altă problemă a universităţilor din diferite ţărieste legată de faptul, că toate companiile şi întreprinderile, din motive deconcurenţă, ascund informaţiile de bază, publicând în INTERNET doar cataloagelecu toate datele tehnice, constructive şi de comercializare ale utilajelor şiechipamentelor produse, lăudându-le ca fiind cele mai bune, sau ca fiind ideale, şitransformând astfel informaţia tehnică într-o reclamă publicitar ă exagerată. Caurmare, utilizatorului incompetent, cadrelor didactice şi studenţilor le vine foartegreu să se orienteze în acest volum enorm de informaţii superficiale şi să apreciezefuncţionalitatea sau calitatea reală a unui sau altui dispozitiv.

De aceea acest îndrumar (справочник ) este conceput de a veni înajutorul studenţilor şi inginerilor, cărora nu li s-au predat aceste lucruri,selectând, sistematizând şi aducând doar unele informaţii de bază, care pot finecesare pentru instruire şi învăţă mânt. Autorul este conştient de faptul, că



I NTRODUCERE 11

informaţiile prezentate nu sunt complete, dar vina nu este a lui, ci a producătorilor care ascund toate lucrurile de valoare. Fiind în goană după bani şi după supremaţiemondială, aceşti producători încearcă printr-o reclamă tehnică „str ălucitoare” săatragă spre produsele lor cumpăr ători din toată lumea. În afar ă de aceasta, sub pretextul de modernizare şi inflaţie, toate companiile mondiale ridică în fiecare an

preţurile la echipamentele lor. Îndrumarul este o încercare de a evidenţia nu numaiavantajele, ci şi unele dezavantaje a celor mai principale echipamente deautomatizare, adică o încercare de a alege „grâul de neghină” şi de a da unelerecomandări de selectare sau utilizare practică a echipamentelor principale,inclusiv de programare a controlerelor modulare industriale.

Instituţiile superioare şi medii ale Republicii Moldova (RM), inclusivUniversitatea Tehnică a Moldovei (UTM) - principala instituţie tehnică deînvăţă mânt superior din republică. în ultimii 15-20 de ani s-au pomenit într-o crizăeconomică continue, deoarece guvernele n-au alocat bani pentru dotarea tehnică

corespunzătoare. Aceste guverne au lăsat universităţile să-şi câştige banii necesaridin contul studenţilor admişi pe bază de contract, însă posibilităţile financiare ale populaţiei sunt atât de mici, încât nu pot acoperi toate cheltuielile unei universităţi.Ca urmare, nivelul de pregătire practică a absolvenţilor UTM în ultimii ani a scăzutîn comparaţie cu instituţiile occidentale similare.

În trecut şcoala tehnică superioar ă sovietică pregătea ingineri cu o calificare profesională îngustă, cu un volum mare de informaţii speciale, care puteau fiînsuşite. Ca urmare, majoritatea inginerilor şi tehnicienilor nu puteau să asigure oorganizare competentă a proceselor de producţie, iar cei, care puteau să facăaceasta, nu erau cointeresaţi. Deseori un tehnolog nu putea prezenta partea deautomatizare a uni întreprinderi, iar un electrician sau electronist – parteatehnologică sau mecanică.

În prezent cerinţele sunt altele. Un inginer se poate înarma cu uncalculator mobil, care să conţină toartă informaţia necesar ă de calcul, proiectaresau cercetare. Însă pentru o organizare optimă a procesului de producţie, inginerultrebuie să aibă capacitatea de a analiza şi aprecia toate procesele tehnologice,aspectele tehnice, economice sau de securitate umană, fiind capabil să modelezeunii paşi sau consecinţe de viitor. Logica calculatorului nu poate concura în aceste privinţe cu logica umană. Un inginer, ca un manager de producţie, trebuie să facă

faţă tuturor acestor cerinţe, cunoscând bine toate aspectele principale din domeniulîn care activează. O astfel de necesitate este determinată şi de un alt factor, utilizat pe larg în occident şi în trecut – factorul economic. Un patron al unei firme saucompanii este cointeresat să angajeze la serviciu mai puţini specialişti, dar cu o pregătire profesională largă, deoarece în acest caz el poate plăti un salariu mai mic,faţă de cazul dacă ar angaja mai mulţi specialişti cu domenii înguste de activitate.

Unele facultăţi şi catedre de la Universitatea Tehnică a Moldovei continue să pregătească după iner ţie, precum şi din cauza intereselor personale ale unor profesori cu funcţii înalte, ca şi în trecut, specialişti cu calificare relativ îngustă.

Dintre acestea pot fi menţionate unele specializări de la facultăţile de Mecanică şiTehnologie, sau specializările „Sisteme şi reţele energetice”, „Maşini electrice” dincadrul specialităţilor Electroenergetica şi Electromecanica de la facultatea de



I NTRODUCERE 12

Energetică , unde activează şi autorul acestei lucr ări. Totuşi la catedra deElectromecanică şi Metrologie mai sunt 2 specializări cu un orizont mult mai larg – „Acţionări electrice automatizate în procese tehnologice” şi „Metrologie”, pentrucare este pregătită această carte. De acea unul din obiectivele principale ale eiconstă în schimbarea mentalităţii şi conceptului de pregătire a cadrelor inginereşti.

În prezent Republica Moldova are nevoie de o reformă în învăţă mânt, înnomenclatura specialităţilor, în standardizare şi terminologie, precum şi de noimanuale. Dar cine să le facă toate acestea şi cine să scrie manualele noi ?

Universitatea Tehnică a Moldovei trebuie să pregătească tineri specialişti pentru ramurile industriale necesare, precum şi pentru tehnologiile şi utilajele realexistente. Evident, că, având calculatoare şi programe specializate, este mai uşor săfaci lucr ări de laborator sau să simulezi diferite modele matematice la computere personale. Dar cum r ămâne cu pregătirea tinerilor specialişti în raport cu ceea ce se produce şi ceea ce se exploatează real în producţie sau în practică ? Câte procente

din materialele predate în UTM pot fi utilizate de absolvenţi în angajarea lor încâmpul real de muncă, acest câmp fiind nu doar o singur ă sau câteva întreprinderi?Un alt obiectiv al acestei lucr ări este legat de necesitatea analizei

comparative nepărtinitoare şi generalizării unui volum foarte mare de informaţii cu privire la unele echipamente moderne principale ale sistemelor de automatizare şide acţionare, care se perfecţionează continuu. Dintre aceste echipamente, care aufost introduse în prima parte a îndrumarului, fac parte : senzorii de proximitate,traductoarele de temperatur ă, nivel, presiune, debit şi regulatoarele acestor parametri, regulatoarele, indicatoarele, controlerele programabile, starterele de pornire lină a motoarelor şi convertizoarele de frecvenţă variabilă, precum şi uneleaplicaţii practice ale lor în sisteme tipice de încălzire şi alimentare cu apă caldă,instalaţii frigorifice, de condiţionare a aerului, pompe de căldur ă şi de alimentarecu apă [6-7,11-22], sisteme de dispecerizare şi vizualizare SCADA, echipamente pneumatice şi electropneumatice de automatizare [69, 73-75].

Dispozitivele moderne de automatizare mai posedă şi alte particularităţi:diversitate foarte mare, miniaturizare, complexitate înaltă şi integrare. Înmulte dispozitive, cum sunt, de exemplu, traductoarele şi manipulatoarele,strungurile şi maşinile unelte, sunt integrate 3 păr ţi diferite: mecanică, electrică şielectronică, ceea ce condiţionează o posibilitate de însuşire numai de un cerclimitat de persoane. De aceea a fost propusă o disciplină integrată, care includeaceste 3 păr ţi şi care a fost numită Mecatronica [74]. Din aceste considerente afost adoptat un alt obiectiv al acestui ghid, îndreptat spre o integrare a maimultor discipline, evidenţiind din ele doar lucrurile fundamentale. Multe manuale publicate sunt rezultatul unor lucr ări de cercetare ştiinţifică sau teze de doctorat,fiind atât de complicate din punt de vedere matematic, sau cu o specializareîngustă, încât le poate înţelege sau utiliza numai autorul şi unii din colegii lui.Cercetarea ştiinţifică este bună, dar cum se face ea şi care sunt scopurile ei finale ?Dacă această cercetare are ca scop principal obţinerea unui profit financiar maxim,

sau a gradelor ştiinţifice de doctorat, atunci ea devine nesincer ă, egoistă,invidioasă, coruptă şi lăudăroasă. Cine va pune capăt acestor lucruri, care semanifestă în instituţiile universitare şi academice ?



I NTRODUCERE 13

Un alt obiectiv al acestui îndrumar, bazat pe acelaşi concept de integrareşi realizat în partea a doua (în capitolele 5-12), este legat de selectarea proceselor şiutilajelor tehnologice, acţionărilor şi automatizărilor din cele mai principale ramuriindustriale ale Republicii Moldova, în particular din industria vinicolă şialimentară cu subdiviziunile ei de producere a zahărului, panificaţiei, laptelui,

cărnii şi mezelurilor, precum şi industriile de producere a sticlei, cimentului,hârtiei şi cartonului [23-65]. În Chişinău sunt 3 întreprinderi de producere şi prelucrare a cartonului şi hârtiei, 2 uzine de producere a ambalajelor din sticlă, maimulte întreprinderi de panificaţie, carne şi mezeluri, iar în toată republica – 9fabrici de zahăr şi mai multe combinate de vinuri. La toate aceste întreprinderiactivează absolvenţi ai UTM, cărora le este adresat acest ghid. Însă până în prezentnu toate ramurile industriale ale Republicii Moldova au reuşit să-şi modernizezeutilajele, iar unele întreprinderi au reuşit doar par ţial să facă aceasta. De aceea înexploatare se mai află un mare număr de utilaje clasice ne automatizate cu

posibilităţi şi performanţe reduse. Ca urmare, inginerii şi tehnicienii, care ledeservesc, trebuie să cunoască atât pe cele clasice, cât şi pe cele moderne. Acestghid reprezintă o încercare de a analiza atât sistemele clasice de automatizare şi producţie din ramurile industriale principale ale RM, cât şi cele moderne. Evident,că în timpul de faţă au apărut şi continue să apar ă tehnologii noi şi avansate, care întrecut nu erau posibile, sau se realizau în mod diferit.

Materiale selectate în această carte au mai multe surse, în particular informaţia din INTERNET, literatura tehnico-ştiinţifică şi tehnologică din ramurileindustriale menţionate, documentaţia tehnică reală a multor companii de profil curenume mondial şi documentaţia diferitor întreprinderi, care au avut bunăvoinţa săle pună la dispoziţia autorului. Pentru a se menţine pe piaţă, toate companiile îşi perfecţionează permanent utilajele, de aceea asupra echipamentelor incluse deja înaceastă carte se poate de revenit oricând cu noi materiale.

Necătând la aceasta, în literatura tehnică de specialitate a RM o lucrare degeneralizare şi de integrare a proceselor şi utilajelor tehnologice, acţionărilorelectrice, dispozitivelor electronice şi de automatizare din diferite ramuriindustriale naţionale pur şi simplu nu există . În majoritatea manualelor şimonografiilor cu caracter tehnico-ştiinţific sau tehnico-economic, autorii se prezintă mai mult pe sine şi colectivul, în care lucrează, lăudându-se cu rezultateleobţinute. Autorul acestei căr ţi nu are acest scop şi nici nu are cu ce se lăuda personal, deoarece el prezintă ceea ce au f ăcut alţii. Din numărul acestora fac parte peste 70 de companii şi corporaţii cu renume mondial, pe care el nu le reprezintă.

Autorul este recunoscător recenzentului pentru obiecţiile şi recomandărilef ăcute, reprezentanţilor tuturor companiilor şi firmelor, care au pus la dispoziţiaautorului informaţiile disponibile şi au ajutat la editarea acestei căr ţi, în specialSRL „ElectroTehnoImport”, Salonix-TEH, Romany Gaz Group”, I.C.T. Grup,Imtehcom, reprezentanţilor companiilor Siemens, Vipa, ABB, Danfoss, Lenze,Festo, Omron, Mitsubishi Electric, Schneider Electric, Moeller, Willo, Grundfos,

Alpha Industries şi altora. Cea mai mare mulţumire autorul o exprimă DomnuluiIsus Hristos pentru susţinere, ajutor, sănătate, putere, deosebire şi har. Autorul.



I NTRODUCERE 14



EP R A EE OL PT

T

Partea ICARACTERISTICA GENERAL Ă A SISTEMELOR DE

AUTOMATIZARE ALE PROCESELOR TEHNOLOGICE

1. REGULATOARE, SENZORI Ş I TRADUCTOARE, UTILIZATE ÎN

AUTOMATIZAREA PROCESELOR TEHNOLOGICE INDUSTRIALE1.1 Sisteme de reglare automat ă ale proceselor tehnologice ş i legi

tipice de reglare

1.1.1 Funcţii şi proprietăţ i principale ale sistemelor de reglare automatăSistemele de reglare automată (SRA) constituie elementele principale ale

oricăror sisteme de automatizare (SA), inclusiv şi ale proceselor tehnologice(PT) industriale. SRA sunt concepute pentru a realiza următoarele funcţii :

Măsurarea şi controlul parametrilor principali de reglare; Reglarea optimă şi într-un diapazon larg a parametrilor principali de ieşire; Optimizarea proceselor statice şi dinamice de pornire, oprire, reglare; Limitarea valorilor maxime ale parametrilor şi protecţia elementelor ; Stabilizarea parametrilor de ieşire la acţiunea semnalelor perturbatoare; Indicarea şi afişarea necesar ă a parametrilor măsuraţi şi controlaţi; Obţinerea unor proprietăţi noi ale obiectului sau procesului reglat.

Însă pentru realizarea tuturor acestor funcţii SRA trebuie să satisfacă anumitor cerinţe. În primul rând, ele fie să aibă o structur ă închisă, în care parametrul

principal de ieşire y(t), măsurat cu ajutorul unui traductor (T), se aduce printr-uncircuit de reacţie negativă UR (t) la intrarea regulatorului (R ), unde se compar ă cu parametrul de referinţă (prescriere) de la intrare UI(t) , impus de un element deprescriere (EP) (fig. 1.1). Datorită reacţiei negative, numai în regimuri dinamice poate apărea o abatere (eroare) Uε(t)=UI(t) – UR (t) relativ mare, deoarece în regimstaţionar această eroare, fiind prelucrată continuu de regulator, amplificată deamplificator(A), pune astfel în funcţiune elementul de execuţie(EE) şi organulde lucru (OL), încât sistemul este adus la starea de echilibru, când Uε(t)≈0, adicăcând UR (t)≈UI(t) şi y(t)=const. În procesele tehnologice industriale în calitate de

mărime de ieşire y(t) poate fi presiunea, nivelul, debitul sau temperatura unuilichid sau gaz, iar ca element de execuţie şi organ de lucru – electromagnetul unuiventil sau servomotorul unui robinet din conducta de transportare a lichidului.

p(t)UI(t) Uε(t) y(t)

UR (t)

Fig. 1.1. Structura generală a SRA a PT cu o singur ă buclă de reglare automată



1.1 S ISTEME DE REGLARE AUTOMAT Ă Ş I REGULATOARE TIPICE 16

RT RV RC C M ML PT

TC

TV

TT

EP1KT

R ORUI U(t)I

1 TU(t)I

U(t)r

U (t)p

UC

În această structur ă parametrul p(t) reprezintă perturbaţia PT, de exempludebitul de consum al lichidului sau gazului respectiv, care, de regulă, are o acţiunenegativă asupra parametrului reglat y(t), de aceea se indică cu semnul minus.

În sistemele de automatizare ale PT cu acţionări electrice reglabile (AER)aceste acţionări îndeplinesc rolul EE, ele însăşi având sistemul lor propriu de

reglare automată cu una sau două bucle închise, legate în cascadă (serie). În figura1.2 este prezentată o structur ă generală a unui astfel de sistem cu traductor decurent (TC), regulator de curent (RC) şi convertor (C) în buclă interioar ă,traductor de viteză (TV) şi regulator de viteză (RV) a motorului (M) în buclamijlocie, traductor tehnologic (TT) şi regulator tehnologic (RT) în buclaexterioar ă a parametrului tehnologic y(t). În această structura motorul pune înmişcare maşina de lucru (ML) - o pompă, de exemplu, sau un ventilator.

p(t)I Ω y(t)

UI

Fig. 1.2. Structura generală a SRA a PT cu acţionare electrică reglabilă

Pentru a identifica proprietăţile statice şi dinamice principale ale SRA, estesuficient de analizat o singur ă buclă, în care elementele conectate consecutiv şi cu parametri constanţi se reprezintă pentru simplificare printr-un singur elementcombinat [8, 10]. În figura 1.1 printr-un singur element, numit obiect de reglare(OR), pot fi reprezentate amplificatorul, elementul de execuţie, organul de lucru, procesul tehnologic şi traductorul. Însă traductorul, cu coeficientul său de transfer K T, se află în circuitul de reacţie, de aceea pentru ca schema simplificată să fieechivalentă cu cea iniţială, el se transfer ă nu numai în circuitul principal, ci şi în celde prescriere de la intrare cu o funcţie inversă, adică 1/K T (fig. 1.3).

Fig. 1.3. Schema simplificată şi echivalentă a SRA cu circuit de reacţie unitar ă




Ui

EP

H (s)EP

1KT

U(s)i

1T

U(s)I

U(s)r

H (s)R

R

H (s)OR

OR U (t)p

Elementele SRA, menţionate mai sus, se descriu prin una sau câteva ecuaţiialgebrice sau diferenţiale cu parametri diferiţi, care caracterizează principiul fizicde funcţionare al lor şi care pot fi chiar neliniare. Ţinând cont de numărul mare deelemente, numărul total de ecuaţii devine şi mai mare, alcătuind un sistem deecuaţii algebrice şi diferenţiale, liniare şi neliniare, rezolvarea căruia devine o

problemă dificilă, posibilă numai cu ajutorul calculatorului. Pentru ieşirea dinaceastă situaţie, teoria sistemelor automate propune o metodă relativ simplă, dar universală, cunoscută sub denumirea de metodă operaţională , (sau sub altădenumire), bazată pe înlocuirea ecuaţiilor diferenţiale cu ecuaţii algebrice cuajutorul Transformatei Laplace şi a variabilei ei s=d/dt, precum şi pereprezentarea fiecărui element printr-o funcţie de transfer (f,d.t.), iar a schemei bloc - printr-o schemă structurală .

O funcţie de transfer, notată de exemplu prin H(s), se defineşte ca raportuldintre imaginea mărimii de ieşire a unui element sau a unei bucle, (ca o funcţie de

parametrul s) către imaginea mărimii de intrare pentru condiţii iniţiale nule, adicăreprezintă coeficientul complex ( dinamic şi static) de amplificare (transfer) al lor : sU sU s H I E . Această funcţie caracterizează cum variază ieşirea elementului

în raport cu variaţia semnalului de intrare, deoarece sU s H sU I E .

Înlocuind fiecare element din figura 1.3 cu funcţia lui de transfer, se obţineschema structurală a buclei sau SRA (fig. 1.4).

Fig. 1.4. Schema structurală a SRA simplificat din figura 1.3

A doua condiţie, necesar ă pentru obţinerea funcţiilor enumărate mai sus, constăîn acordarea optimă a SRA sau a parametrilor regulatorului electronic, care pot fi modificaţi uşor în conformitate cu parametrii obiectului de reglare, care sunt,de regulă, constanţi. Dacă această acordare este efectuată, SRA poate asigura performanţe dinamice (timp de pornire, oprire sau reglare) mult mai bune decât în buclă deschisă, iar dacă nu este f ăcută, poate chiar să nu funcţioneze de loc, adicăsă fie instabil. Ca urmare, acordarea optimă este obligatorie pentru implementareaîn practică a oricărui sistem de reglare automată. Însă ea necesită, la rândul ei, ocunoaştere sau identificare a parametrilor statici şi dinamici ai elementelor OR, care pot fi obţinuţi pe baza ecuaţiilor modelului matematic în raport cusemnalele de intrare şi ieşire. În unele cazuri acest model nu este cunoscut, sau estecunoscut par ţial. De aceea au fost elaborate diferite metode analitice, grafo-analitice şi experimentale de identificare a proceselor şi OR [2-4]. Ultimele se bazează pe aplicarea unor semnale tipice la intrare, de exemplu a unui semnaltreaptă unitar ă, urmărind reacţia în timp a semnalului de ieşire.




U (t)R

U(t)I

R R

R I

R 0

A1

R RR

R I

RR

-UR

R RR

Presupunem, că în rezultatul utilizării unei anumite metode, s-a identificat unobiect de reglare cu 2 elemente aperiodice, cu un coeficient sumar de transfer K OR şi cu 2 constante de timp diferite : una mare TOR şi alta mică Tµ :

sT sT

K s H

OR

OROR

11 .

În afar ă de această identificare, acordarea optimă a SRA mai prevede încă otreaptă importantă – alegerea tipului şi parametrilor regulatorului. Alegerea tipuluiregulatorului presupune, la rândul său, identificarea legii realizate de reglare.

1.1.2 Legi şi scheme tipice ale regulatoarelor analogice şi analogo-discrete

Pentru SA ale PT pot fi utilizate mai multe legi şi tipuri de regulatoareelectronice – analogice, analogo-discrete şi discrete, lente şi rapide, liniare şineliniare, simple (tipice) şi complexe. După funcţiile de transfer realizate, legile şiregulatoarele tipice pot fi: proporţionale (P), integrale (I), proporţional – integrale (PI) şi proporţional – integral - diferenţiale (PID).

Fiecare din aceste tipuri de regulatoare are avantajele şi dezavantajele sale,datorate de funcţia realizată, însă toate au câte 2 semnale de intrare – unul de prescriere (comandă), impusă din exterior cu logică pozitivă în raport cu ieşirea principală a buclei şi altul de reacţie negativă interioar ă, propor ţională cu aceeaşiieşire. Diferenţa (abaterea) acestor 2 semnale asigur ă, pe de o parte, o urmărire aoricărui semnal de la intrare, dacă perturbaţia r ămâne constantă, iar pe de altă parte - o stabilizare a mărimii principale de ieşire în raport cu variaţia semnaluluide perturbaţie, la o intrare de comandă constantă.Cel mai simplu regulator este cel proporţional, care reprezintă unamplificator cu o lege de reglare a semnalului de ieşire

p p R I K t U K t U t U t U )()]()([)( şi cu o funcţie de transfer

P P K sU

sU s H

)()(

)(

,

unde K P - coeficientul de amplificare propor ţională ; )( sU - imaginea mărimii deieşire a regulatorului; )( sU

- imaginea mărimii de intrare (abatere) .Realizarea analogică practică a lui se efectuează cu ajutorul unui

amplificator operaţional (AO) în 2 variante: în regim de amplificator diferenţial, încaz dacă semnalele de intrare au acelaşi semn (fig. 1.5, a), sau în regim de sumator , în caz dacă aceste semnale au semne diferite (fig. 1.5, b).

Fig. 1.5. Variante de realizare practică a regulatorului analogic propor ţional




1V

KP

1(t)

U (t)=1(t)I

K >KP P.OPT

KP.OPT

K >KP P.OPT

UI R R

R I

C RR

-UR

Coeficientul de amplificare în aceste scheme K P=R RR /R R =R 0/R I , iar R I=R R ,dacă UIN ≈ URN. Acest coeficient K P=const, atât în regim static, cât şi regimuridinamice, de aceea regulatorul propor ţional are foarte bune proprietăţi (aproapeideale) în ambele regimuri şi în raport cu semnalul impus de la intrare UI(t). Acestlucru este confirmat, de asemenea, şi de

caracteristica de transfer - reacţia(r ăspunsul) semnalului de ieşire Uμ(t) la unsemnal treaptă unitar ă 1(t) la intrare (fig. 1.6).Semnalul de ieşire P K t t U )(1)(

, adicăurmează sau repetă exact semnalul treaptăunitar ă 1(t) de la intrare, multiplicându-l doar în amplitudine, propor ţional cu coeficientulK P: Fig. 1.6. Caracteristica de transfer a RP

Cu cât coeficientul K P este mai mare, cu atât eroarea de stabilizare a

parametrului de ieşire al SRA în regim staţionar este mai mică, iar rapiditatea înregimuri dinamice este mai mare, însă valoarea maximă K P.max este limitată demicşorarea stabilităţii (apariţia oscilaţiilor). În figura 1.7 este ar ătată caracteristicade transfer a SRA la un semnal deintrare UI(t) =1(t) pentru 3 valori alecoeficientului K P. Pentru o excluderedefinitivă a oscilaţiilor, K P trebuie saaibă o valoare relativ mică, însă în acestcaz timpul de derulare a proceselor

dinamice creşte. Deoarece aceste cerinţesunt contradictorii, apare necesitateaalegerii, unei valori de compromis sauoptime K P=K P.OPT. Valoarea optimăK P.OPT≈K P.max/2 asigur ă un suprareglaj şioscilaţii minime, la o valoare medie atimpului de reglare tR =tR.O .

Fig. 1.7. Caracteristica de transfer a SRA pentru 3 valori ale K PRegulatorul integral (I), conform denumirii sale, asigur ă o integrare a

abaterii mărimii de reacţie UR (t) faţă de mărimea impusă UI(t)

t t

I R I

I

dt t U T

dt t U t U T

t U 0 0

)(1)]()([1)(

unde TI – constanta integrală de timp, egală cu timpul, în decursul căruiamărimea de ieşire atinge cu întârziere valoarea mărimii de intrare .

Realizarea practică a acestei legi poate fiefectuată cu ajutorul schemei din fig. 1.8. Constantade integrare se determină ca produsul dintrerezistenţa R

R şi capacitatea condensatorului de

reacţie a regulatorului CRR : TI = R R CRR .Fig. 1.8. Schema regulatorului integral




-1

U A

-1(t)

TI

F.d.t. a regulatorului integral şi a integratorului simplu cu o singur ă intrare

s K

sT sU

sU s H I

I I 1

)()(

)(

,

unde K I=1/TI – coeficientul de transfer al regulatorului integral.Din această funcţie rezultă 2 proprietăţ i principale ale acestui regulator.

Prima din ele se refer ă la regimuri dinamice intensive, de exemplu la fronturileunor impulsuri de intrare, când s=dUI(t)/dt=∞ şi HI(s)=0. În aceste momente

0)(0)()()( sU sU s H sU I , dacă s ∞ .adică integratorul şi regulatorul integral nu reacţionează deloc la fronturile unor impulsuri de intrare, deoarece coeficientul dinamic de amplificare HI(s)=0 pentrus=∞. Cu alte cuvinte, proprietăţ ile dinamice ale regulatorului integral suntslabe, inclusiv nule dacă s ∞, adică diametral opuse faţă de regulatorul propor ţional.

Cea de-a doua proprietate se refer ă laregimul staţionar, când s=0 şi HI(s)=∞.Tensiunea de ieşire în acest regim şi pentruUε(s)≠0

)()()( sU s H sU I , dacă s =0 .În practică însă Uμ max≠∞, fiind limitat ă de

tensiunea de alimentare a amplificatorului, deexemplu V U A 15 . Caracteristica tranzitoriela o treaptă unitar ă Uε(t)= -1(t) reprezintă orampă (fig. 1.9). Înclinaţia ei este invers propor ţională cu constanta de timp TI :

I I

artgK T

arctg 1 Fig.1.9. Caracteristica de transfer a regulatorului I

Aşa dar, coeficientul static infinit de mare (HI(s)=1/TIs→∞ , dacă s=0)condiţionează proprietăţ i statice ideale ale regulatorului integral. Un astfel decoeficient asigur ă, la rândul său, o eroare staţionar ă nulă a SRA în procesul staticde stabilizare a mărimii de ieşire la o variaţie a mărimii de perturbaţie. Însă regimulstaţionar al acestui regulator este însoţit, pe de altă parte, de un dezavantaj:

coeficientul infinit de mare micşorează stabilitatea SRA, iar dacă sistemul maiinclude încă un integrator, sistemul devine instabil.Regimurile, analizate mai sus, sunt regimuri extremale ale SRA. În practică

însă pot avea loc şi regimuri dinamice de intensitate intermediar ă, când semnalulde intrare variază cu o anumită frecvenţă 0 < ω =2πf < ∞. În aceste cazuri semanifestă ambele proprietăţi. Dacă semnal de intrare are, de exemplu, forma unor impulsuri drepunghiulare de frecvenţă variabilă, atunci la ieşire se obţin niştecaracteristici tranzitorii periodice fie în formă de trapez (la frecvenţe mici – fig.1.10, a), fie în formă de triunghi (la frecvenţe medii – fig. 1.10, b). În primul caz

ω<1/T I,, Tf >TI, de aceea modulul f.d.t. |H(jω)|=1/ωT I=K R >1, iar tensiunea deieşire reuşeşte să atingă valoarea Uµ.max=±UA şi să funcţioneze în acest regim pânăare loc schimbarea polarităţii semnalului de intrare. În cel de-al doilea caz (când




0

U (t)P

Tf

0-K UR I

K UR I

TI T >Tf I

-K UR I

K UR I

Tf

2 < TI

0

Tf

U (t)P

TI

0

C RR

C RR

PR P

RR

R P

R R

R RR

A1

A2

R

R

R

A3

-UR

ω≈1/T I) , modulul |H(jω)|≈1 , de aceea regulatorul nu reuşeşte să atingă valoareamaximă, ci funcţionează permanent în regimul dinamic, având o tensiunetriunghiular ă. La frecvenţe mari, când ω>1/T I , . |H(jω)|=K R <1 , de aceea Uμ(t) numai reuşeşte nici să-şi schimbe chiar polaritatea. (fig. 1.10, c).

a) b) c)Fig. 1.10. Funcţionarea regulatorului integral la diferite frecvenţe de intrare

Dacă se cere o limitareUμ max=const ≤ ±UA, paralelcu condensatorul CRR seconectează 2 diode Zener cuo tensiune de str ă pungereUSTR <UA(fig. 1.11,a). Dacăeste necesar ca Uμ max=var,la ieşire se conectează un potenţiometru (fig.1.11,b).

Fig. 1.11. Variante de limitare a tensiunii maxime a regulatorului IRegulatorul proporţional-integral (PI) este un regulator combinat, care

însumează legile, proprietăţile şi avantajele regulatorului propor ţional şi integral:t

I p dt t U

T t U K t U

0

)(1)()(

,

fiind astfel mai performant şi mai des utilizat în practică. El are mai multe variantede realizare, precum şi mai multe variante ale f.d.t. Prima din aceste funcţii

S T K S H

I P PI

1)( ,

care se realizează printr-ocuplare paralelă celor 2componente, urmată de unsumator ∑ cu coef icient deamplificare K ∑=1 (fig.1.12).

Fig. 1.12. Schema derealizare a regulatorului PIcu 3 amplificatoare




C RR

R I

R R-UR

RRR

1(t)

U (t)PI

U(t)I

KP

-1

0+ TIZ TI

Această schemă permite o acordare autonomă a fiecărei componente, însănecesită tocmai 3 amplificatoare operaţionale – A1-A3.

Alte funcţii de transfer ale regulatorului PI rezultă din transformărimatematice echivalente ale funcţiei iniţiale:

S T

S T

S T

S T K

S T K

S T K K s H

I

IZ

IZ

IZ P

IZ P

I P P PI

11)11()11()(

unde: I P IZ T K T - constanta izodromă de timp, egală cu intervalul de timp îndecursul căruia mărimea de ieşire atinge valoarea dublă a mărimii de intrare.

Aşa dar, apariţia unei noi constante de timp – constanta izodromă TIZ , careeste deja o constantă de anticipare (derivare), deoarece figurează la număr ător,condiţionează o nouă proprietate a regulatorul PI. El poate prin aceastăconstantă, sau mai bine zis prin suma de la număr ător (1+TIZs), să compenseze oconstantă aperiodică (de întârziere) a obiectului de reglare

)1(1

S T OR

, dacă se alege

TIZ=TOR , aşa cum s-a procedat mai sus la acordarea (optimizarea) sistemului dereglare automată. Din această cauză ultimă formă a f.d.t. se foloseşte în practică.A doua variantă de realizare practică a regulatorului PI este mult mai simplă,

deoarece se bazează pe un singur amplificator operaţional. Ea se deosebeşte puţinde schema regulatorului integral – condensatorul din circuitul de reacţie alregulatorului se înseriază cu o rezistenţăadăugătoare R RR (fig. 1.13). Parametrii f.d.t. seexprimă prin elementele amplificatorului în felulurmător:

R

RR P R

R K ; RR R I C RT ;

RR RR RR R R

RR I P IZ C RC R

R R

T K T Fig.1.13 Schema regulatorului PI cu 1 AO

Regulatorul PI are proprietăţi bune atât în regimuri dinamice, cât şi în regimstatic, deoarece îmbină avantajele regulatorului P şi ale regulatorului I. Aceste proprietăţi sunt confirmate şi decaracteristica de transfer a regulatoruluiPI (fig. 1.14). În regim dinamic extrem,

adică la frontul impulsului semnalului deintrare 1(t), când s→∞, regulatorul PIfuncţionează ca regulator purproporţional P, repetând formaimpulsului de intrare, amplificând-odoar cu coeficientul K P. În regimstaţionar, când s=0, regulatorul PI setransformă în regulator integral I cucoeficient de amplificare infinit de mare,

ceea ce permite o neglijare a lui K P.Fig. 1..14. Caracteristica de transfer a regulatorului PI şi I




-UR

R IC RR

C I

R R

CR

R RR

-UR

R IC RR

C I

R R

C R

R RRR A

R A

Regulatorul proporţional – integral - diferenţial (PID) este cel mai performant tip de regulator tipic, deoarece îmbină armonios legile, proprietăţile şiavantajele a 3 tipuri diferite de regulatoare :

dt dU

T dt t U T

t U K t U D I

P

)(1)()( ,

unde: TD – constanta de derivare sau derivativă , care constituie un parametrudinamic, deoarece acţionează asupra semnalului de ieşire Uμ(t) numai în regimuridinamice, când var )( t U şi 0

dt dU .

Adăugarea componentei diferenţiale HD(S) la regulatorul PI are ca scopobţinerea unor proprietăţi dinamice ideale. În regim staţionar regulatorul PID are,de asemenea, proprietăţi ideale, la fel ca şi regulatorul PI, sau ca regulatorul I.După definiţie, funcţia de transfer a regulatorului PID reprezintă o sumă de funcţii:

S T S T

K S H S H S H S H D I

P D I P PID 1)()()()( .

Prin transformări echivalente simple, această funcţie poate fi reprezentată şi înalte variante :

),1()1()1()11()( 21

2

S T S T S T

K S T

S T S T T K S T

S T K S H

IZ

P

IZ

IZ IZ A P A

IZ P

I PID

Unde I P IZ T K T ; P D A K T T - constanta de anticipare; unde : T1,T2 – r ădăcinileecuaţiei pătrate de la număr ătorul acestei funcţii.

Aşa dar, regulatorul PID conţine 2 constante derivative de timp: (1+T1S) şi(1+T2S) de la număr ător, ceea ce permite compensarea a 2 constante aperiodice:

)1(1

1S T OR

şi)1(

12S T OR

ale obiectului de reglare (OR) de la numitorul f.d.t. al lui.

Acest lucru constituie un avantaj important al regulatorului PID în comparaţie curegulatorul PI, care conţine o singur ă constantă derivativă.

Schemă de realizare practică a regulatorului PID ideal cu un singur AO sedeosebeşte de schema respectivă a regulatorului PI numai prin şuntarearezistenţelor de intrare R I şi R R cu condensatoarele CI şi CR (fig. 1.15, a).

Fig. 1.15. Scheme de realizare practică a regulatorului PID ; a) - ideal; b) - real

Parametrii de acord ai schemei ideale se exprimă prin acelaşi tipuri de relaţii : R

RR P R

R K , RR R I C RT , R RR D C RT , RR RR IZ C RT , R R A C RT .




-1

0

U =-1(t)P

P

I

PID-reall

A

Această schemă este numită ideală , deoarece în regimuri dinamice intensive,când s→∞, componenta HD(s)→∞, la fel ca şi semnalul de ieşire Uµ → ∞ (fig.1.16, a). Practic Uµ→±U A, însă impulsurile ascuţite, determinate de componentadiferenţială, pot cauza şocuri puternice şi periculoase pentru diferite elemente aleSRA. De aceea în practică se recurge, de obicei, la o diminuare a acestei

componente prin introducerea unor rezistenţe R A la intr ările regulatorului PIDideal (fig. 1.16, b), care micşorează şocurile semnalelor. În figura 1.16, b estereprezentată caracteristica de transfer a regulatorului PID real, în care apare onouă componentă - aperiodică (A) . Aceasta din urmă amortizează componentadiferenţială şi propor ţională, micşorând şi rotunjind şocul caracteristici ideale :

..,),11(1

)11(1

)1(1

1)()()(

R A AP R

RR I P

A R

RR R P A

IZ AP

R P

R P

D R P I AP

R P

D I

R P

AP

I PID AP

R PID

C RT R R

K R R

R K undeS T

S T S T K

S K T

S K T S T K

S T S T

K S T

S H S H S H

-1

0

U =-1(t)P

P

D

I

PID-ideal

Fig. 1.16. Caracteristici de transfer ale regulatorului PID ideal şi real

În figura 1.17 sunt prezentate rezultate modelării unui element oscilatoriu degradul II în circuit deschis şi în buclă închisă cu regulator PID [19].

Fig. 1.17. Modelarea unui element oscilatoriu în circuit deschis şi în buclă închisăcu regulator PID




UI

R R

R P

RU

UI

R R

R P

R-U 0

+15V

-15V

0.001

D2D1

-UR

R

D2

D1

-UR

În SRA o utilizare largă au că pătat-o, de asemenea, regulatoarele analogo – discrete, care reprezintă nişte regulatoare cu legi şi caracteristică intrare – ieşireneliniar ă - de tip releu cu sau f ăr ă zonă de histerezis şi cu coeficient maxim, saufoarte mare de amplificare, care asigur ă o basculare bruscă a semnalului de ieşiredintr-o stare (poziţie) în altă stare (poziţie) în momentul schimbării polarităţii

abaterii. De aceea aceste regulatoare se mai numesc poziţionale sau de tip releu .Cel mai simplu regulator analogo-discret este regulatorul bipoziţional f ărăzonă de histerezis (ideal), care funcţionează în regim de comparator cu coeficientmaxim de amplificare 32010

R R

RR P R R

R K (fig. 1.18, a). Având un astfel de

coeficient de amplificare, comparatorul se află în fiecare moment în una din stărileextremale Uμ=Uμ.max sau Uμ= -Uμ.maxîn funcţie de semnul abaterii Uε, deoarece estesuficientă o abatere de câţiva milivolţi pentru a fi amplificată până la Uμ.max=UA=±15V (fig. 1.18, b).

Uε(t)Uμ ωt

Uμ(t)Uμ ωt

a) b)

Fig. 1.18. Scheme de realizare şi diagrame de funcţionare ale regulatorului bipoziţional ideal cu coeficient maxim de amplificare şi f ăr ă zonă de histerezis

Dacă este necesar ă o limitare constantă Uμ.max< ±UA < ±15V, atunci încircuitul de reacţie pozitivă al amplificatorului se conectează în serie 2 diode Zener D1 şi D2 cu tensiuni de str ă pungere Ustr < ±UA , de exemplu Ustr =±10V (fig. 1.19,a). Dacă se cere ca Uμ să aibă o singur ă polaritate, de exemplu Uμ>0, atunci diodaD2 se înlătur ă, sau la ieşire se conectează o rezistenţă R şi o diodă simplă D2 cuanodul conectat la punctul comun de alimentare (fig. 1.19, b).

a) b)

Fig.1.19. Variante de limitare şi reprezentare a regulatorului bipoziţional ideal

Regulatorul bipoziţional ideal nu poate fi folosit în practică, deoarece în regimstaţionar pentru abateri Uέ≈0, el impune elementului de execuţie sau obiectului de




R I

RR

-UR

R RR

-U a Ua

-Um

Ue

Um

reglare frecvenţe de comutare foarte mari, de regulă mult mai mari decât frecvenţamaxim admisibilă. Pentru a nu depăşi această frecvenţă, se impune, evident, omicşorare sau limitare a coeficientului de amplificare K A<K A.max , care serealizează prin conectarea în circuitul de reacţie pozitivă a regulatorului a uneirezistenţe R RR >>R R (fig. 1.20, a). De exemplu, dacă R R =1,0k şi R RR =1,0M, atunci

100010103

6

R

RR A R

R K . Micşorarea coeficientului de amplificare însă condiţionează

apariţia unei zone de histerezis în caracteristica Uμ(Uε), lăţimea căreia ua esteinvers propor ţională cu K A≡1/ua (fig. 1.20, b) .

a) b)

Fig. 1.20. Schema regulatorului bipoziţional real cu coeficient de amplificarelimitat şi cu zonă de histerezis

În SRA ale parametrilor tehnologici - presiunii, nivelului, temperaturii - şi-augăsit aplicaţie, de asemenea, şi regulatoarele analogo-discrete tripoziţionale ,

care asigur ă o îmbunătăţire a calităţii proceselor de reglare, cu frecvenţe decomutaţie şi erori staţionare mai mici. Aceste regulatoare, de asemenea, pot fiideale (f ăr ă zonă de histerezis) şi reale (cu zonă de histerezis) . Legea de reglare în primul caz

U U dac ăU

U U U dac ăU U dac ăU

U

,;,0

;,

max.

max.

unde U∆ - zona de insensibilitate a regulatorului.

Aşadar, datorită coeficientului mare de amplificare regulatoarele analogo-discrete (poziţionale) asigură o rapiditate înaltă a SRA şi sunt simple. Însă înregimuri statice aceste regulatoare posedă unele dezavantaje şi anume: parametrulde ieşire al SRA oscilează în jurul valorii prescrise cu o anumită eroare staţionar ă,care depinde de lăţimea zonei de histerezis. Totuşi în unele cazuri, de exemplu pentru obiecte cu timp de reglare relativ mare (200-2000s), sau cu timp de reglaremare plus timp mort (чистое запаздывание ), aceste regulatoare sunt de neînlocuit.

Pentru SRA ale PT industriale se produc mai multe variante de regulatoareautomate într-un bloc constructiv unic cu un indicator, care pot realiza toate legilede reglare menţionate - analogice, analogo-discrete şi discrete, - precum şicelelalte funcţii ale SA, enumărate la începutul acestui capitol. Unele din acesteregulatoare vor fi descrise în următorul paragraf.




1.1.3 Principii de acordare optimă a regulatoarelor

Pentru o astfel de acordare au fost propuse mai multe criterii analitice şiexperimentale, unele dintre cele simple fiind criteriile modulului şi simetriei(оптимум по модулю şi симметричный оптимум) [10]. Conform primului

criteriu, se garantează o acordare optimă a SRA, cu o funcţie de transfer aobiectului HOR (s) menţionată mai sus, în cazul, dacă se alege un regulator PI cu of.d.t. [10]:

sT sT k

sT sT

s H IZ R

IZ R R

I R

IZ R R

.

.

.

. 11)( ,

şi cu 2 condiţii : ,. OR IZ R T T

T K T

T T

k sauT K T OR

OR

I R

IZ R ROR I R 2

2.

.. ,

unde IZ RT , - constanta izodromă; I RT . - constanta de integrare; I R IZ R R T T k .. -coeficientul de amplificare al regulatorului.

Aşadar, respectarea acestor 2 condiţii permite o compensare a întârzieriiobiectului de reglare printr-o anticipare a regulatorului prin IZ RT , , ceea ce măreşterapiditatea SRA în regim dinamic, precum şi o stabilizare mai bună a parametrului de ieşire la acţiunea semnalului de perturbaţie în regim static printr-ocreştere a coeficientului sumar de amplificare, deoarece TOR >Tµ , iar k R >1. Într-adevăr, în acest caz funcţia de transfer a buclei închise se simplifică datorităreducerii termenilor egali de la număr ător şi numitor, obţinând în final :

sT sT T s H s H

s H s H s H

OR R

OR R

211

1121

1 20 ,

unde constanta T nu se compensează datorită valorii ei prea mici.Pentru o confirmare a creşterii rapidităţii SRA în figura 1.21 este prezentatăschema de modelare şi reacţia (r ăspunsul) la osciloscop al unui element aperiodicde gradul I la un semnal de intrare în formă de treaptă unitar ă în circuit deschis şireacţia aceluiaşi element în buclă închisă cu regulator propor ţional – integral(PID). În cel de-al doilea caz timpul de reglare s-a micşorat de la 2 s până la 0,5 s.

Fig. 1.21. Schema se modelare a unui elementaperiodic de gradul I în circuit deschis şi în buclăînchisă cu regulator PI [19]

Alte exemple concrete de acordare optimă a SRA sunt prezentate în capitolul 4.



1.2 Senzori de proximitate ş i de pozi ţie

Automatizările industriale nu pot fi realizate f ăr ă senzori şi traductoare, deaceea au fost elaborate o varietate mare de astfel de dispozitive de control şimăsurare, precum şi o gamă variată de modificaţii în fiecare tip [66]. Toată

această varietate nu poate fi cuprinsă în această lucrare de generalizare, de aceea încontinuare vor fi descrise doar acele traductoare, care şi-au găsit o mai largăr ăspândire în practică. Dintre ele cei mai simpli sunt senzorii de proximitate ,(apropiere) şi poziţie cu semnale discrete sau continue la ieşire.

Senzorii reprezintă partea principală (primar ă) a traductoarelor – cea sensibilă,de control sau de măsurare, la baza cărora se află anumite legi sau principii fizice.Semnale senzorilor sunt apoi amplificate şi convertite într-o formă de semnaleelectrice standardizate discrete sau continue cu ajutorul unor dispozitiveelectronice secundare. Dintre semnalele discrete standardizate fac parte contactele

unui releu obişnuit de comutaţie sau semnalul logic de ieşire al unui tranzistor, iar dintre semnalele continue standardizate - semnale în curent 4-20 mA sau întensiune 0-10 V în tot diapazonul de reglare.

Senzorii de proximitate sunt cei mai simpli senzori, care au o utilizareuniversală, deoarece pot realiza o mulţime de funcţii :- sesizează apropierea obiectelor în zona de lucru a maşinilor la o deplasare peconveiere, sau depistează apariţia oamenilor în zona de control sau de pază;- asigur ă poziţionarea liniar ă sau unghiular ă a obiectelor;- asigur ă numărarea sticlelor sau a obiectelor la deplasarea lor pe conveiere;- controlul umplerii şi al defecţiunilor sticlelor;- controlul ruperii benzilor sau conductoarelor;- controlul şi măsurarea nivelului unui lichid sau material solid;- controlul şi măsurarea distanţei până la obiect;- asigur ă controlul numărului de foi într-un strat sau numărarea banilor;

În plus la toate aceste funcţii, realizate f ăr ă contact direct, senzorii de proximitate mau au o construcţie compactă cu gabarite şi mase minime, deoarecesunt realizate cu elemente microelectronice. Ei au, de regulă, 2-4 pini (picioruşede conexiuni exterioare) şi o alimentare de 24 V DC, iar în unele cazuri - 230 VAC. După principiul fizic de funcţionare aceşti senzori se împart în 4 sau 5 grupe principale : inductivi, capacitivi, optici (fotoelectrici) şi cu ultrasunete. Încontinuare se propune o analiză a principiilor de funcţionare, variantelor constructive şi particularităţilor principale ale acestor senzori.

1.2.1 Senzori inductivi

Aceşti senzori au cea mai largă r ăspândire în practică, deoarece sunt simpli,fiabili şi au un preţ scăzut. Principiul lor de funcţionare, de asemenea, este simplu.În figura 1.22, a sunt reprezentate elementele componente principale ale

senzorilor inductivi : un circuit oscilatoriu rezonant LC, un redresor (rectifier), uncomparator pe baza unui bistabil basculant Schmidt şi un amplificator. Circuituloscilant este realizat pe baza unui tranzistor în regim de repetor, a unui rezonator



1.2 S ENZORI DE PROXIMITATE Ş I DE POZI Ţ IE 29

de frecvenţă înaltă (2-5 kHz) şi a unei înf ăşur ări cu 2 secţii, una dintre care esteconectată în cercuitul de reacţie pozitivă al tranzistorului (fig. 1.22, b) . Acestcircuit produce un câmp electromagnetic de frecvenţă înaltă în zona de control asenzorului, în apropierea căruia este amplasată înf ăşurarea generatoare. Aceastăînf ăşurare poate fi reprezentată ca primarul unui transformator.

a) b)Fig, 1.22. Schema–bloc şi schema de principiu a oscilatorului senzorului inductiv

Când în zona de control nimereşte vre-un obiect metalic, câmpulelectromagnetic alternativ induce în el, ca într-un circuit magnetic, nişte curenţiturbionari, care produc, la rândul lor, câmpul de reacţie magnetică (fig. 1.23, a ).Acesta din urmă acţionează asupra câmpului înf ăşur ării primare, micşorându-lsubstanţial şi blocândastfel oscilatorul. Caurmare, bistabilulSchmidt basculează şiactivează tranzistorulamplificatorului deieşire (fig. 1.23, b).

a) b)Fig. 1.23. Principiul de depistare a obiectului metalic(a) şi diagrama simplificată de funcţionare asenzorului inductiv (b)

O funcţionare asemănătoare o au şi senzorii inductivi analogici, care sedeosebesc de cei discreţi doar prin excluderea bistabilului din schemă.În ceea ce priveşte amplificatorul etajului de ieşire, senzorii inductivi se producîn următoarele variante diferite :- cu alimentare în curent continuu şi cu tranzistor de ieşire p-n-p, care în stareneactivată formează un semnal 0, echivalent cu un contact normal deschis (ND)(fig. 1.24, a),- cu alimentare în curent continuu şi cu tranzistor de ieşire n-p-n, care în stareneactivată formează un semnal 1. echivalent cu un contact normal închis (NÎ) (fig.1.24,b) ;

- cu ambele tipuri de tranzistoare şi cu 2 semnale (2 contacte) opuse la ieşire ;- cu alimentare în curent alternativ şi cu un redresor adăugător (fig. 1.24, c);- cu alimentare în curent alternativ şi cu 2 contacte opuse de ieşire (fig. 1.24, d ).




a) b) c)Fig. 1.24. Scheme de conectare a etajelor de ieşire alesenzorilor inductivi d)

În conformitate cu aceste variante, în figura 1.25 sunt reprezentate notaţiileconvenţionale în forma unui romb, tăiat la mijloc, şi schemele de conexiuniexterioare ale releelor de ieşire ale senzorilor inductivi, care pot avea 2-5conductoare (pini). Pentru aceşti senzori lângă romb se indică litera I (inductiv).

Fig. 1.25. Notarea convenţională şi schemele electrice de conexiuni exterioare alesenzorilor inductivi cu funcţionare discretă şi alimentare în curent continuu

Parametrul principal al senzorilor inductivi de proximitate îl constituie distanţade control sau activă a obiectelor metalice, care pot fi depistate. Această distanţădepinde de mai mulţi factori, de exemplu de proprietăţile magnetice ale obiectelor controlate şide puterea elementelor componente. Evident, căcu cât distanţa activă este mai mică, cu atâtgabaritele senzorilor sunt mai mici. Aceastădistanţă însă nu este uniformă faţă de suprafaţacapului senzorului, ci are o formă conică . Înfigura 1.26 este ar ătată zona de detectare pentru odistanţă 10 mm.

Fig. 1.26. Forma zonei active a senzoruluiSenzorii inductivi, produşi de diferite companii, pot avea diferite valori ale

distanţei nominale de acţionare şi diferite variante constructive. Pentru distanţe




mai mici cea mai r ăspândită însă este varianta cilindrică cu diametru filetat M8,M12, M18, M30, confecţionat din oţel inoxidabil sau din mase plastice. Pentrudistanţe mai mari se utilizează forma cubică cu dimensiuni mai mari, CompaniaSiemens, de exemplu, produce senzori inductivi de tipul BERO 3RG4 (PXI 200-PXI 500) cu o distanţă de acţionare de la 0,6mm până la 75 mm (fig. 1.27).

Fig. 1.27. Senzori inductivi ai companiei Siemens Simatic PXI 400

Compania Pepperl Fuchs produce o gamă constructivă mult mai largă de astfelde senzori. În figura 1.28 sunt reprezentate 3 variante constructive diferite desenzori inductivi : inelar ă, cu cr ă pătur ă şi cu instalare în podea. Ultima variantă seutilizează pentru controlul obiectelor de pe conveiere la o distanţă până la 50 mm.

Fig. 1.28. Variante constructive speciale ale senzorilor companiei Pepperl Fuchs

Această companie produce, de asemenea, senzori inductivi pentru funcţionare încondiţii grele – temperatur ă sau presiune înaltă, umiditate mare, pericol deexplozii, sau pentru funcţie de selecţie – selectarea obiectelor metalice decele nemetalice. O grupă aparte oconstituie senzorii cu funcţionarecontinuă şi cu semnale analogice deieşire. În figura 1.29 sunt ar ătate niştecaracteristici de ieşire ale lor.

Fig. 1.29. Caracteristici de ieşireale senzorilor inductivi analogici




1.2.2 Senzori capacitivi

Aceşti senzori reprezintă o variantă alternativă şi adăugătoare a senzorilor inductivi, deoarece pot să detecteze atât obiecte metalice, cât şi cele dielectrice în

diferite stări şi forme – lichide , solide, inclusiv în formă de praf, adică sunt în principiu universali. Ei pot să înregistreze prezenţa şi nivelul multor materiale şisubstanţe conducătoare de curent electric sau izolatoare, de exemplu a apei,uleiului, spirtului, hârtiei, cartonului, sticlei, maselor plastice, cimentului, nisipului,f ăinii, zahărului, gr ăunţoaselor şi multor altor substanţe.

Componenţa elementelor senzorilor capacitivi de proximitate (fig. 1.30 ) este practic aceleaşi ca şi la senzorii inductivi (fig. 1.22 ), însă principiul de detectare aobiectelor sau materialelor este diferit. Într-adevăr, se utilizează un oscilator rezonant LC de frecvenţă înaltă identic, însă în acest caz variază nu inductivitatea ,

ci capacitatea condensatorului circuitului, iar câmpul electromagnetic se reprezintădeja ca un câmp electrostatic dintre armăturile unui condensator. În realitateevidentă este o singur ă armătur ă a acestui condensator – flouting base electrode,cea dea doua fiind corpul sau masa Ground (fig. 1.30).

Fig. 1.30. Componenţa şi principiul de funcţionare al senzorilor capacitivi

Se ştie, că capacitatea unui condensator depinde de 3 mărimi principale : de permitivitatea relativă (absolută) a dielectricului dintre armături ε = ε0 εr , desuprafaţa S a armăturilor şi de distanţa l dintre ele :

l

S C r 0 ,

unde εo = 1 / 4π 9 109 - permitivitatea absolută, iar εr = 1 – permitivitatearelativă a vidului (aerului). Aceasta din urmă arată de câte ori este mai marecapacitatea unui condensator, care are ca dielectric o anumită substanţă saumaterial, faţă de capacitatea lui în vid, Pentru hârtie şi carton, de exemplu, εr =2,3; pentru sticlă εr = 5; pentru ceramică εr = 6; pentru ulei εr = 2,2; pentru apă εr =80. Deoarece armăturile menţionate ale condensatorului neconvenţional sunt fixe,la baza funcţionării traductoarelor capacitive este utilizată variaţia permitivităţii

relative a materialelor. Dacă nivelul materialul , de exemplu a f ăinii, se află la odistanţă mare de electrodul de control al senzorului, capacitatea condensatoruluineconvenţional este mică, ceea ce blochează funcţionarea oscilatorului LC şi




dezactivează etajul de ieşire (fig. 1.31). În caz contrar se favorizează generareaoscilaţiilor şi activarea semnalului de ieşire. Distanţa de acţionare depinde de εr – cu cât εr este mai mică, cu atât distanţa se micşorează până la un contact direct (fig.1.32, a). În cazul obiectelor metalice depistarea este f ăr ă contact direct, la fel ca şila senzorii inductivi, zona de lucru având o formă conică (fig. 1.32, b).

În legătur ă cu toate acestea, schemele etajelor de ieşire şi conexiunilor exterioare ale senzorilor capacitivi PXC400 ai companiei Siemens cu alimentareîn curent continuu şu alternativ (fig. 1.33 ), precum şi variantele constructive, (fig.1.34 ) sunt aceleaşi, ca la senzorii inductivi. Distanţa de acţionare ai acestor senzori pentru obiecte metalice constituie 5, 10 sau 20 mm.

a) b)Fig. 1.32. Caracteristici funcţionale alesenzorilor capacitivi ai companiei Siemens

Fig. 1.31 Diagrame de funcţionareale senzorului capacitiv

Fig. 1.33. Notarea convenţională şi conectarea exterioar ă a senzorilor capacitivi

Fig. 1.34. Senzori capacitivi PXC 400 ai companiei Siemens




1.2.3 Senzori de proximitate cu ultrasunete

La baza funcţionării acestor senzori se află emiterea periodică a unor undeultrasonore de frecvenţă înaltă (60–400 kHz) şi receptarea timpului ecourilor (întoarcerii) acestor unde, reflectate de un obiect, distanţa până la care trebuie

controlată. Acest timp depinde de frecvenţa undelor ultrasonore şi de distanţa pânăla obiect. Cunoscând viteza ultrasunetelor şi măsurând timpul dus-întors al lor, se poate de calculat distanţa sau înălţimea până la obiect. Un avantaj important altraductoarelor ultrasonore îl constituie posibilitatea de măsura şi controla distanţeîntr-un diapazon mare – de la 6 cm şi până la 10 m.

Emiterea undelor de către emiţător se efectuează, de obicei, în forma unui conde un unghi relativ mic -- 5-8º însă acest con are în apropierea nemijlocită deemiţător o zon ă moart ă , care nu poate fi controlată şi care trebuie exclusă din zonade lucru (fig. 1.35 ). Această zonă, care constituie 15-20 % din toată zona

controlată, este condiţionată de intervalul minim necesar de timp de trecere dinregimul de emisie în cel de recepţie. Ea se exclude, de obicei, prin alegerea corectăa locului de montare a senzorului .

În traductoarele analogice ultrasonore distanţa măsurată este convertită într-unsemnal electric standardizat în curent 4-20 mA sau în tensiune 0-10 V (fig. 1.36 ).

Fig. 1.35. Zona moartă şi de lucru a Fig. 1.36. Caracteristici de ieşire alesenzorului ultrasonor senzorului ultrasonor analogic

Traductoarele ultrasonore discrete conţin adăugător 1-2 comparatoare, carecompar ă valoarea reală a distanţei măsurate cu cea prescrisă şi care generează unsemnal logic la ieşire în momentul coinciderii lor. Pentru acordarea acţionăriisenzorului la o distanţă (înălţime) maximă şi minimă necesare, sunt prevăzute 2 potenţiometre de reglare corespunzătoare. Acest lucru poate fi f ăcut şi cu ajutorulcalculatorului în regim de instruire.

Traductoarele discrete şi-au găsit o largă r ăspândire în calitate de detectoare demişcare, care pot realizate în 2 variante principale :- detectarea unui obiect, care nimereşte în zona de control dintre emiţător şi o placămetalică de reflectare a undelor sonore (fig. 1.37 );- detectarea unui obiect, care nimereşte în zona dintre emiţător şi receptor, f ăr ăreflectarea undelor emise, ceea ce măreşte precizia de măsurare (fig. 1.38 ).




Fig. 1.37 Reflecţia undelor de la o Fig. 1.38 Senzor ultrasonor cu emiţător placă metalică şi receptor al undelor

Construcţia traductoarelor ultrasonore Sonar–BERO 3RG6 (PXS 100-PXS500) ale companiei Siemens este la fel de compactă, ca şi la senzorii precedenţi – fie în variantă dreptunghiular ă (fig. 1.39, a ), fie în variantă cilindrică (fig. 1.39, b ).Ultima variantă prevăd nişte modele cu cap rotitor, pentru a putea fi uşor orientateîn direcţia dorită, sau cu cap separat. Dezavantajul principal al acestor senzori – precizia de măsurare depinde de temperatura aerului. Însă ele prevăd o compensarea variaţiilor de temperatur ă.

a)

b)

Fig. 1.39. Senzori ultrasonori Sonar BERO 3RG6 ale companiei Siemens




Notarea convenţională a senzorilor cu ultrasunete este specificată doar prinlitera U deasupra rombului, iar conectoarele lor pot avea 4-5 pini (fig. 1.40).Intrarea X1 este destinată pentru sincronizarea a 2 senzori, care sunt amplasaţiaproape unul de altul, sau pentru comandă cu ajutorul controlerului programabil.

Fig. 1.40. Notarea şi conectarea senzorilor cu ultrasunete în schemele electrice

Fig. 1.41. Zone de control ale senzorilor cu ultrasunete cu emiţător-receptor şi cureflectare de la obiecte

Fig.1.42 Exemple de utilizare practică a senzorilor cu ultrasunete pentru numărareaobiectelor, măsurarea diametrului rulourilor de hârtie şi măsurarea nivelului




1.2.4 Optosenzori de proximitate

La baza funcţionării acestor senzori stă un principiu asemănător de emitere şirecepţie, însă nu a unor unde ultrasonore, ci a unui mănunchi de raze de luminăvizibilă, invizibilă (infraroşie) sau Laser (fig. 1.43) . Însă pentru a deosebi lumina

emiţătorului de cea naturală, el conţine un oscilator de impulsuri de frecvenţăînaltă, care sunt apoi amplificate de un amplificator corespunzător, transformateîntr-un mănunchi de raze de lumină cuajutorul unei diode luminiscente şi a uneilinze (fig. 1.44 ). O astfel de linză intr ă şi încomponenţa receptorului, alături defototranzistorul de convertire a razelor delumină în semnal electric, potenţiometrul dereglare a sensibilităţii, elementul de prag

(comparatorul) de transformare a semnaluluidetectat într-un semnal logic (discret) şiamplificatorul de ieşire a acestui semnal.

Fig. 1.43. Principiul optosenzorului

-----

Fig. 1.44. Elemente componente ale unui senzor optic cu emiţător şi receptor

Evident, că emiţătorul şi receptorul trebuie să aibă o sincronizare corespunzătoare.În caz, dacă vre-un obiect oarecare blochează fluxul de lumină dintre emiţător şireceptor, la ieşire se generează un semnal logic de un tranzistor n-p-n sau p-n-p.

O altă variantă a senzorilor optici se bazează pe reflecţia luminii de către ooglindă sau o placă specială, emiţătorul şi receptorul fiind într-un singur bloc (fig.1.45).

Fig. 1.45. Senzor optic cu reflecţie şi cu emiţător – receptor într-un singur bloc




În unele cazuri razele de lumină pot fi reflectate de însăşi obiectul controlat, însăaceastă variantă depinde de mărimea şi culoarea obiectului, de natura suprafeţei dereflecţie, care limitează substanţial distanţa maximă. În plus la aceasta, razelereflectate de alte obiecte, aflate după distanţa maximă, trebuie filtrate şi ignorate.

În cazurile, când razele de lumină trebuie să ocolească nişte obiecte, toate

variantele traductoarelor menţionate nu pot să efectueze această ocolire. De aceea pentru astfel de cazuri au fost elaborate senzorii cu fibre optice (fig. 1.46).

Fig. 1.46. Optosenzori cu fibre opticeşi cu traiectorie arbitrar ă a luminii

Fig. 1.47. Zona de control a optosenzoruluiAceşti senzori cu semnale discrete la ieşire au o zonă de control de formă

elipsoidală (fig. 1.47). Ei se produc în 2 variante constructive principale :cilindrică şi cubică cu distanţe maxime controlate de la 30 mm şi până la 50 m(ultima distanţă poate fi controlată numai cu raze Laser). Ei au o alimentare încurent continuu 24 V sau în curent alternativ 230 V, 50 Hz. Conectorul lor deconexiuni exterioare prevede 3 - 4 pini în varianta obişnuită, sau 5 pini în variantade funcţionare în reţea AS-Interface. (fig. 1.48 ).

Fig. 1.48. Scheme de conexiuni exterioare ale senzorilor fotoelectrici discreţi

În figura 1.49 sunt ar ătate 2 din variantele constructive ale senzorilor optici aicompaniei Siemens de o generaţie mai veche şi o notaţie BERO 3RG7 : în formăcilindrică cu diametru M18 şi în form cubică cu dimensiuni 40x40x19 mm, cu odistanţă de acordare 30–300 mm şi 2-15 m, cu alimentare 24 V DC şi cutranzistoare sau relee de ieşire ai companiei Siemens.




Fig. 1.49. Senzori optici BERO 3RG7 M18 şi K40 ai companiei Siemens

Optosenzorii din ultima generaţie au o altă notaţie, asemănătoare cu celelaltetraductoare de proxemitate – PXO, fiind clasificaţi în 5 grupe cu construcţiecilindrică sau cubică PXO 100 – PXO 500 (fig. 1.50 ). Ultima grupă este prevăzută pentru traductoare cu raze Laser.

Fig. 1.50. Senzori optici Simatic PXO 300 şi PXO 400 din ultima generaţie

În comparaţie cu senzorii cu ultrasunete aceşti senzori posedă următoareleavantaje :- au o construcţie şi o structur ă mai simplă, iar ca urmare – un preţ mai redus;- frecvenţa maximă a semnalelor de ieşire este mai mare, atingând 1000-10000 Hz- funcţionarea lor nu este influenţată de temperatura aerului sau de câmpuri

electrice şi magnetice puternice, care persistă în condiţii industriale;- datorită vitezei mari a luminii, zona moartă de măsurare lipseşte;;- cu ajutorul razelor Laser diapazonul de măsurare analogică a distanţei poateesterelativ mare - 50 mm - 50 m.

Senzorii fotoelectrici pot să asigure nişte funcţii de automatizare, pe care altetraductoare nu le pot realiza, de exemplu :- controlul umplerii sticlelor şi vaselor transparente;- controlul întinderii şi ruperii benzilor;- scanarea unor etichete , cum sunt cele cu preţuri codificate din magazine;- controlul poziţiei unor obiecte mobile, cum sunt rotoarele motoarelor electrice;- controlul amurgului sau r ăsăritului soarelui;- detectarea culorilor unor obiecte (roşii, verzi, albastre).




O grupă separată a traductoarelor de lumină o constiruie senzorii optici desecuritate –optical safety sensors sau Fail-safe sensors. Din această grupă fac parte banderolele, barierele, perdelele şi suprafeţele de lumină invizibilă(infraroşie) şi scanerele Laser, care sunt destinate pentru protecţia persoanelor şia maşinilor de accesul în anumite zăne industriale periculoase sau neadmisibile. Înfigura 1.51 sunt reprezentate 3 variante de protecţie optică a accesului unei persoane în zona periculoasî a unui robot industrial : printr-o barier ă verticală îndechizătura unei uşi, printr-o barier ă în forma unei suprafeţe (piste) orizontale şi printr-o grupă de bariere, care formează o îngr ăditur ă.

Fig. 1.51. Protecţia acceslui unei persoane în zona unui robot industrial prin barierede lumină invizibilă

Astfel de bariere se folosesc în ascensoarele moderne pentru protecţia închideriiuşilor cabinei, dacă între uşi se află vre-o persoană sau vre-un obiect oarecare.

Compania Siemens produce mai multe variante de senzori optici de securitate,notate prin SIMATIC FS 100 – FS 500. Aceste dispozitive sunt constituite, deasemenea, din 2 blocuri - unul emiţător şi altul receptor de unde infraroţii delumină. În figura 1.52 sunt reprezentate blocurile senzorului SIMATIC FS 200 cucontrolul unei distanţe 0-60 m, sau 0-120 m ăn forma unei raze înguste de 2-4º, iar în figura 1.53 – FS 400 co o barier ă 150-3000 mm cu raze peste fiecare 30-50 mm.

Fig. 1.52. Senzorul FS 200Fig. 1.53. Senzorul de securitate FS 400 şi bariera lui



1.3 Senzori, regulatoare ş i controlere de temperatur ă

1.3.1 Senzori de temperatur ă

Temperatura reprezintă un parametru tehnologic, care caracterizează energia

termică interioar ă a lichidelor, gazelor şi corpurrrilor solide, de aceea nu poate fimăsurată direct. Pentru măsurarea indirectă a ei, se determină, cu ajutorul unor senzori, variaţia altor mărimi fizice, univoc dependente de temperattur ă - avolumului, presiunii gazelor, rezistenţei electrice, radiaţiei termice. Ultima metodăstă la baza pirometrelor, care se utilizează pentru măsurarea temperaturilor foartemari (600-6000ºC). În majoritatea automatizărilor industriale se folosesc 2 tipuride senzori de temperatur ă:- termorezisten ţe (senzori din metale - Cu, Pt) pentru temperaturi – 50 ÷ + 250 ºC;- termocupluri (senzori cu 2 metale diferite, sudate şi încălzite numai la un

capăt) pentru temperaturi – 50ºC ÷ + 1750ºC.În figura 1.54 sunt prezentaţi 2 senzori de temperatur ă Pt 100 de lungimediferită ai companiei germane KOBOLD cu 2 termorezistenţe din platină înfiecare din ei, care la temperatura de 0ºC au o rezistenţă R 0 = 100 Ώ . Curentulnomunal al acestor termorezistenţe constituie 23 mA, iar tensiunea nominală – 24V. Elementul de platină este protejat într-o teacă metalică tubular ă de un diametrude 6 mm şi o grosime de 1 mm , care corespunde execuţiei IP 67. O astfel deexecuţie asigur ă o imer ţie termică până la 3 s. Fiecare rezistenţă se conectează înexterior prin 4 conductoare, pentru a asigura o precizie înaltă prin compensarearezistenţei conductoarelor.

În figura 1.55 sunt rezentate 3 termorezistenţe de cupru – TCM 50 (100), curezistenţe R 0 = 50 (100) Ώ, un raport W 100= R 100/ R 0 = 1,426, sau de platină - TCП50 (100) cu W100 = 1,385, un curent nominal de 5 mA şi o iner ţie termică 30 s, precum şi 3 termocupluri cu conductoare flexibile ale companiei ruseşti OWEN.

Fig. 1.54. Senzori detemperatur ă cu 2termorezistenţe de platinăPt 100 ale companiei

germane KoboldFig. 1.55. Termorezistenţe şi termocupluri ale companiei OWEN



1.3 S ENZORI , REGULATOARE Ş I CONTROLERE DE TEMPERATUR Ă 42

Pentru sistemele de încălzire, ventilare şi condiţionare a aerului (HVAC) aufost propuse nişte termorezistenţe speciale Pt 1000 cu un diapazon – 50 ÷ + 120 ºCşi cu o precizie mai mare – 0,3 +0,005 t ºC şi cu diferite varianteconstructive (fig. 1.56 ). Pentru

măsurarea temperaturii aeruluidin sistemele de ventilare acestetermorezistenţe au o capsulă de protecţie cilindrică de undiametru 5 mm şi un cablu lungde 2 m, iar pentru aerul dinatmosfer ă - o protecţie şi maisimplă, (în forma unei cutiicilindrice), ceea ce micşorează

iner ţia termică. Fig. 1.56. Termorezistenţe speciale Pt1000 OWEN

Unele termorezistenţe, de exemplu cele ale companiilor Kobold şi ABB, suntînzestrate cu adaptoare adăugătoare compacte de standardizare a semnalului deieşire în curent unificat 4-20 mA, montate direct pe capul senzorului (fig. 1.57, a ).Aceste 2 elemente alcătuiesc împreună deja un traductor de temperatur ă .Compania ABB a reuşit să monteze în capul senzorul în plus şi indicatorul detemperatur ă (fig.1.57,b). Înfigura 1.57, c,d sunt ar ătatemai multe modificaţii detraductoare de temperatur ăale companiei ABB cusemnal analogic unificatde curent 4-20 mA laieşire, la unele dintre caresenzorul nu este înşurubat.

a)

d)Fig. 1.57. Traductoare standardizate de temperatur ă ale companiei ABB




1.3.2 Indicatoare şi regulatoare automate de temperatur ă

În prezent se produce o mare varietate de indicatoare şi regulatoare detemperatur ă – discrete, analogice sau combinate, simple sau cu funcţii multiple,cu 1,2, sau 8 canale de reglare, cu funcţionare autonomă sau în reţea de

automatizare [11-12,66]. Regulatoarele multifuncţionale şi cu posibilităţi deconfigurare a structurii şi de programare extinsă a diferitor regimuri şi parametri senumesc controlere de temperatur ă . Însă atât regulatoarele simple, cât şicontrolerele programabile, sunt realizate cu microcontrolere (microprocesoare) şicu alte dispozitive microelectronice, de aceea sunt relativ compacte – 24x48 mm,48x48 mm sau 96x96 mm. O altă tr ăsătur ă comună a panoului de comandă şi programare al lor constă în utilizarea a 1-2 indicatoare digitale de afişare cu 4cifre de culoare roşie sau verde. La controlerele companiei OMRON aceste cifre îşi pot schimba automat culoarea din verde în roşu în caz de regimuri extremale.

Pentru a lărgi domeniile de utilizare ale regulatoarelor şi controlerelor detemperatur ă, majoritatea firmelor producătoare au standardizat şi unificat intr ărileşi ieşirile lor pentru a putea fi aplicate pentru oricare parametru tehnologic – presiune, nivel, debit, umiditate, masă, concentraţie. Ca urmare, ele au devenitnişte regulatoare şi controlere universale . Din multitudinea existentă pe piaţă, încontinuare vor fi descrise pe scurt doar dispozitivele companiei ruseşti OWEN,care sunt mai simple şi mai ieftine în comparaţie cu variantele asemănătoare alecompaniilor ASCON, AUTONICS, CARLO CAVAZZI, SIEMENS, OMRON.

Cele mai simple indicatoare şi regulatoare de temperatur ă OWEN sunt cele cu1-2 canale TPM0, TPM1, TPM2, care au 4 variante constructive: 2 – pentrumontare pe panou, 1 – pe perete şi 1 – pe rigleta DIN de 35 mm (fig. 1.58 ). Ele potavea la intrare ca elemente de măsurare oricare tip de termorezistenţe sautermocupluri, iar elementele de ieşire depind de modificaţie, în particular :P – contacte de releu la 8A, 220 V;K – optocuplor cu tranzistor n-p-nde 400 mA, 60 V pentru c.c.;C – optocuplor cu triac monofazatde 50 mA, 240 V pentru c.a. ;C3 – optocuplor cu triac trifazatde 50 mA, 240 V prntru c.a.;T-tranzistor cu 4-6V, 50mA pentrucomanda releelor semiconductoarede amplificare şi separaregalvanică „Solide state rele” ;И – convertor numeric-analog„temperatur ă –curent 4-20 mA”;У - convertor numeric-analog„temperatur ă – tensiune 0-10 V”;

Fig. 1.58. Variante constructive ale indicatoarelor şi regulatoarelor de temperatur ăTPM0-TPM2 OWEN cu 1 şi 2 canale de măsurare şi reglare automată




Func ţ iile multiple ale acestor dispozitive pot fi divizate în 2 grupe principale :1) măsurarea temperaturii prin intermediul senzorului, afi şarea ei pe indicatorullocal şi convertirea ei într-un semnalanalogic de curent 4-20 mA, transmis laieşire pentru a putea înregistrat cu ajutorul

unui înregistrator (самописец) exterior. Înacest caz se fixează doar diapazonul deînregistrare de la valoarea minimă atemperaturii, corespunzătoare curentuluiminimal 4 mA, până la valoarea maximă aei, corespunzătoare curentului 20 mA (fig.1.59).

Fig. 1.59. Principiu de măsurare şi indicare a temperaturii2) reglarea discretă (bipoziţională, tripoziţională ), analogică propor ţională (P)

sau propor ţional – integral - diferenţială (PID), sau modulată (PWM), comparândvaloarea reală a temperaturii cu cea prescrisă şi transmiţând la ieşire, în funcţie deabaterea acestor valori E şi de logica directă de reglare automată a unui încălzitor sau inversă a unui frigorifer, un semnal Y, care asigur ă o micşorare a abaterii E.

Reglarea bipoziţională cu o logică directă şi inversă este ilustrată de figura1.60, a , unde∆ reprezint ă zona de histerezis, care are ca scop limitarea frecvenţeimaxime de comutare a regulatorului şi elementului de execuţie al lui. Aceastăreglare însă nu poate asigura o precizie înaltă, în comparaţie cu cea analogică.

Reglarea digital ă propor ţională se deosebeşte de cea analogică. Dacă lareglarea analogică diapazonul de acordare este tensiunea standardizată U=0-10 V,atunci la regulatorul propor ţional digital acest parametru îl constituie zona sau banda de propor ţionalitate Xp=2∆. M ărimea de ieşire a regulatorului Yi ,într-unmoment de timp i, este propor ţională cu eroarea Ei şi se exprimă în % :

Unde Ei = T p – Ti - abaterea temperaturii reale faţă de temperatura prescrisă,măsurată în ºC , X p- zona de propor ţionalitate, măsurată în ºC; Yi se măsoar ă în %.

În figura 1.60, b este reprezentată zona de propor ţionalitate X p = 2∆, în afaracăreea Yi = 0 %. sau Yi = 100 %., în funcţie de logica directă sau inversă.

a) b)Fig. 1.60. Principii de reglare bipoziţională şi propor ţională a regulatoarelor




Mărimea de ieşire Yi a regulatorului digital PID, exprimată printr-o lăţime procentuală a impulsului de ieşire, conţine, în afar ă de componenta propor ţionalăcu eroarea Ei, o componentă integrală şi una derivativă a acestei erori:

Unde X p - zona de propor ţionalitate, exprimată în º C; Ei – abaterea de latemperatura prescrisă în momentul i, [ º C];∆E i – diferenţa dintre valoarea curentăEi şi cea precedentă Ei-1; ∆tизм – intervalul de timp dintre aceste măsur ări, care seraportează la constantele de timp de diferenţiere şi de integrare τД , τИ ;

–suma abaterilor acumulate în momentul de timp i; n – numărul de măsur ăride la începutul reglării şi până la momentul i.

Regulatorul PID poate fi transformat uşor într-un regulator propor ţional-diferenţial (PD) - dacă se alege τИ = ∞, sau într-un regulator propor ţional-integral(PI) – dacă de alege τД = 0. Diagrama de funcţionare a regulatorului PD, la oabatere∆E i = 10ºC şi pentru 3 valori ale constantei de timp τД = 4, 20, 60 s, estereprezentată în figura 1.61, a , iar diagrama regulatorului PI pentru 3 valori aleconstantei τИ = 1,2,3 s – în figura 1.61, b . La o abatere în formă de treaptă în primul caz mărimea de ieşire Yi include la început nu numai componenta propor ţională, ci şi cea diferenţială ∆Y Д (haşurată), care este propor ţională cu τД şicare se anulează după expirarea timpului de măsurare. În cel de-al doilea caz lafrontul mărimii E (în regim dinamic intensiv) acţionează numai componenta propor ţională, iar componenta integrală (haşurată) apare numai în regim staţionar.

Dacă abaterea Ei nu se micşorează, atunci Yi creşte până la valoarea maximă.Influenţa mărimii constantelor de timp τИ asupra impulsurilor de ieşire este inversă- cu cât τИ este mai mare, cu atât lăţimea impulsului de ieşire creşte mai lent.

a) b)Fig. 1.61. Diagrame de funcţionare ale regulatoarelor digitale PD şi PI




În tabelul 1.1 sunt indicate toate modificaţiile şi particularităţile principale aleindicatoarelor şi regulatoarelor TPM, produse de compania OWEN [66].

Nomenclatura regulatoarelor de temperatur ă OWEN Tabelul 1.1

Modificaţia N canal Funcţii şi particularităţi principale2TPM0 2 Măsurare, afişare, înregistrare şi calculul diferenţei ∆TTPM1 1 Măsurare, afişare, reglare discretă bipoziţională, analogică

propor ţională, semnalizare şi, înregistrare exterioar ă2TPM1 2 Funcţiile modificaţiei precedente în 2 canale, plus 1 canal

de reglare discretă tripoziţională pentru poziţionereTPM10 1 Măsurare, afişare, reglare discretă bipoziţională şi reglare

PWM şi analogică PID cu funcţie de autoacordareTPM12 1 Măsurare, reglare discretă tripoziţională PID autoacordare

TPM501 1 Măsurare, afişare, reglare bipoziţională temporizatăTPM502 1 Măsurare cu termocuplu, reglare discretă bipoziţionalăcu prescriere directă prin potenţiometru şi scar ă 0-400ºC

TPM200 2 Funcţiile modificaţiei 2TPM0, plus interfaţă RS 485TPM201 1 Funcţiile modificaţiei TPM1, plus interfaţă RS 485TPM202 2 Funcţiile modificaţiei 2TPM1, plus interfaţă RS 485TPM210 1 Funcţiile modificaţiei TPM10, plus interfaţă RS 485TPM101 1 Funcţiile modificaţiei precedente, plus alte funcţiiУКТ 38 1- 8 Măsurare, afişare, semnalizare, interfaţă RS 232

TPM138 1 – 8 Măsurare, afişare, reglare discretă bipoziţională, RS 485TPM148 1 – 8 Funcţiile modificaţiei precedente, plus reglare PID

Ţinând cont de această varietate, pentru exemplificare în continuare seevidenţiază doar 3 modificaţii. Cea mai simplă şi mai ieftină variantă este releulregulator de temperatur ă TPM 502 cu un singur termocuplu TXK (L) la intrare şi o prescriere directă a temperaturii dorite în diapazonul 0 – 400ºC cu ajutorul unui potenţiometru şi al unei scări circulare (fig. 1.62 ).

b)

Fig. 1.62. Releul regulator de temperatur ă TPM 502 şi schema lui funcţională




Regulatorul 2TPM1 cu 2 canale de reglare discretă bipoziţională sautripoziţională este prezentat cu schema lui funcţională în figura 1.63 .

Fig. 1.63. Panoul de comandă şi programare şi schema funcţională aregulatorului cu 2 canale 2TPM1 al companiei OWEN

În figura 1.64 sunt prezentate 2 exemple de utilizare a acestui regulator bicanalcu o reglare discretă bipoziţională şi analogică propor ţională a 2 încălzitoareelectrice tipice. În varianta a doua este necesar la ieşirea analogică a fiecăruiregulator un bloc adăugător БУСТ OWEN (bloc de comand ă a triacurilor şitiristoarelor, care reprezintă un variator monofazat tipic de curent alternativ) deconvertire a semnalului analogic 4-20 mA într-o tensiune alternativă reglabilă.

Fig. 1.64. Exemple de utilizare a regulatorului 2TPM1 pentru o reglare discretă bipoziţională şi analogică propor ţională a 2 încălzitoare electrice tipice




Regulatoarele automate TPM 138 cu 1-8 canale bipoziţionale sau 1-4 canaletripoziţionale şi TPM 148 (fig. 1.65 ) cu 1-8 canale de reglare PID au fost elaborateîn special pentru automatizarea cuptoarelor cu multe zone din industriametalurgică, chimică şi de panificaţie. Având o interfaţă RS 485 pentru o legătur ăcu calculatorul, aceste regulatoare permit o configurare structurală a canalelor în

4-6 variante diferite (fig. 1.66 ), ceea ce lărgeşte domeniul lor de utilizare.

Fig. 1.65. Regulatorul automat TPM 148 cu 8 canale şi panoul lui de comandă

Panoul TPM 148 prevede 4indicatoare digitale : 2 de 4 cifre pentru temperatura măsurată şi pentru cea de prescriere aregulatorului din fiecare canal,ales cu ajutorul tastelor » sau » şiafişat pe ultimul indicator de 2cifre; cel de-al treilea indicator este destinat pentru afişarea puterii de ieşire în canalul ales.Starea canalelor este semnalizatăde diode luminiscente. Fig. 1.66. Variante de configurare structurală TPM 148




În figura 1.67 este reprezentată schema tehnologică de utilizare practică aregulatorului ТРМ 148 pentru reglarea automată a temperaturii şi umidităţii în 4zone a unui cuptor de coacere a pâinii. În această schemă 4 traductoare din cele 8măsoar ă temperatura, iar alte 4 – umiditatea aerului .

Fig. 1.67. Schema tehnologică de reglare automată a temperaturiişi umidităţii unui cuptor de copt pâine cu controler ТРМ 148

Această umiditate poate fi măsurată pe baza efectului psihrometric (psihro îngreceşte înseamnă rece) şi a diferenţei de temperatur ă dintre un termometru uscatşi unul umezit, ceea ce permite utilizarea aceluiaşi tip de termorezistenţe, atât pentru măsurarea temperaturii aerului, cât şi pentru măsurarea umidităţii lui.

Metoda psihrometrică este o metodă indirectă de măsurare a umidităţii relativea aerului (în raport cu cea maximală), deoarece se bazează pe dependenţa invers propor ţională dintre intensitatea de vaporizare a apei în aer şi umiditatea lui. Într-adevăr, cu cât aerul este mai uscat, adică cu cât umiditatea este mai mică, cu atâtintensitatea de vaporizare a apei este mai mare şi invers. Această intensitate poatefi controlată, la rândul ei, cu ajutorul a 2 termorezistenţe d e măsurare atemperaturii, una dintre care este uscată, iar alta umezită permanent cu ajutorulunui fitil cufundat în apă. Datorită vaporizării apei, aceasta din urmă are orezistenţă mai mică, ceea ce condiţionează şi o temperatur ă mai mică faţă desenzorul uscat. Ca urmare, umiditatea relativă φ în procente poate fi calculată dupărelaţia :

max

max 100US

UM US UM

P

T T k P

unde PUM.max , PUS.max - presiunea par ţială maximă a vaporilor de apă latemperatura senzorului unezit TUM şi a senzorului uscat TUS ; k - coeficientconstant, care se determină experimental. Această relaţie stă la baza funcţionăriisenzorului indirect de umiditate a aerului (există şi alte variante de asfel de senzori.




1.3.3 Controlere programabile de temperatur ă

Controlerele de temperatur ă realizează funcţiile regulatoarelor descrise mai sus,însă au posibilităţi mult mai mari, îndeosebi în ceea ce priveşte programarea şiconfigurarea structurilor, deoarece sunt înzestrate cu microcontrolere universale

mai performante. În comparaţie cu regulatoare, controlerele de temperatur ă posedă următoarele particularităţi şi proprietăţi :- au o construcţie compactă, permiţând multiplicarea numărului de intr ări-ieşiri;- asigur ă posibilităţi de configurare structurală şi programare a modificaţiilor multmai mari printr-un şir de parametri şi paşi consecutivi;- prevăd un program simplificat de acordare şi punere rapidă în exploatare;- asigur ă posibilităţi multiple de calcul a unui şir întreg de funcţii cu parametrii deintrare (diferenţa, r ădăcina pătrată, temporizarea, derivata, integrala şi altele );- asigur ă reglarea unui canal în funcţie de starea sau intrarea altui canal;

- asigur ă posibilităţi multiple de comandă, semnalizare , diagnosticare;- permit o programare şi comandă de la calculator, precum şi o funcţionare în reţeaCele mai simple controlere de temperatur ă ale companiei OWEN sunt TPM151

cu 2 canale şi MПP51 cu 3 canale, două dintre care pot fi destinate pentru reglareaumidităţii. Acesta din urmă are însă posibilităţi mai mari de automatizare adiferitor mecanisme şi utilaje, de exemplu a termocamerelor (fig. 1.68 ).

Fig. 1.68. Schema funcţională a controlerului de temperatur ă MПP51




Numărul de modificaţii (programe) posibile ale acestor controlere este de 2ori mai mare – 10, care pot fi utilizate pentru automatizarea camerelor climaticeşi serelor cu senzori de temperatur ă şi deumiditate, cazanelor de abur, instalaţiilor

de uscare, fierbere şi frigorifice.Panoul de comandă şi programare cu 4indicatoare digitale cu funcţii multiple alcontrolerului MПP51 este ar ătat în figura1.69 . Primul indicator arată timpul de laînceputul programului ales, iar al treilea – pasul curent al acestui program Ultimulindicator poate afişa umiditatea măsuratăsau numărul programului.

Fig. 1.69. Panoul de comandă şi programare al controlerului MПP51Asociaţia de producţie OWEN a elaborat, de asemenea, nişte controleretehnologice cu 8 canale şi la un preţ redus – 7000-13000 de ruble, Dintre acesteafac parte controlerele

programabile logice ПЛК -100, 150 şi 154 (fig. 1.70, b ).Aceste controlere prevăd 4-8intr ări discrete, 2-4 intr ăriintr ări-ieşiri analogice, ointerfaţă RS 232 pentru legăturacu calculatorul şi o interfaţă RS485 pentru funcţionarea în reţeacu panoul operatorului şi cumai multe module demultiplicare a numărului deintr ări-ieşir ă discrete. Deoarececontrolerele nu au un display allor, indicaţia parametrilor măsuraţi poate fi realizată cuajutorul panoului operatoruluiСМИ 1 ( fig. 1.70, a ).

a) b)Fig. 1.70. Panoul operatoruluiСМИ 1 (a) şi controlerul programabilПЛК -150 (b)




Panoul operatorului are 2 indicatoare numerice de 4 biţi : unul pentru unii parametri, iar al doilea – pentru alţi parametri, care pot fi schimbaţi prin butoane.Panoul mai prevede, 6 intr ări discrete, care pot fi utilizate pentru comandacontrolerului, iar ca urmare şi a procesului tehnologic, cu ajutorul unor comutatoare sau traductoare ( fig. 1.71 ).

Fig. 1.71. Funcţionarea panoului operatoruluiСМИ 1în reţeaControlere de temperatur ă produc şi alte companii. În fig. 1.72 este reprezentat

controlerul multifuncţionalASCON AC, care prevede 3modificaţii - AC-10, 20 şi 30.Ele asigur ă măsurarea,reglarea manuală sauautomată, discretă saucontinuă PID a 4 sau 8 canalecu programarea lor de latastele panoului sau de lacalculator, prelucrareaintr ărilor după anumiteoperaţii logice şi matematice,funcţionarea în reţea cuinterfaţă RS 232 şi RS 485,vizualizarea şi înregistrarea parametrilor, deoarece conţinun display multifuncţional.Însă pentru aceastăvizualizare este necesar unsoft special. În afar ă deaceasta, preţul de cost alcontrolerelor ASCON estemai mare - 2000-3000 euro. Fig. 1.72 Controler ASCON AC cu 8 canale



1.4 Regulatoare ş i traductoare de m ă surare a nivelului

Controlul nivelului lichidelor şi materialelor în formă de praf reprezintă onecesitate practică în majoritatea sistemelor de automatizare. De aceea au fostelaborate mai multe variante de traductoare de nivel : discrete şi continue, cu sau

f ăr ă contact cu lichidul controlat, simple sau speciale.1.4.1 Traductoare discrete simple de nivelPentru apă cele mai simple, mai ieftine şi mai r ăspândite sunt

semnalizatoarele discrete de conductivitate electric ă între 2 electrozi de contactşi lichidul conductor de curent (apei). Pentru semnalizarea valorii maxime şiminime a nivelului se utilizează, de obicei, trei electrozi : 2 – maxim, 3 –minim şi1-comun, cufundat permanent în lichid mai jos decât nivelul minim (fig. 1.73, a ).Partea electronică a semnalizatorului aplică la aceşti electrozi o tensiune de 7-8 Vşi controlează rezistenţa dintre ei. Această rezistenţă este nare, în caz când între

electrozi este aer, micşorându-se brusc când lichidul îi scufundă. În ultimul caz areloc acţionarea releului nivelului minim, maxim, sau ambelor relee.În figura 1.73, a este reprezentată schema de utilizare a releului regulator de

nivel ENRM al companiei Crouzet, care mai conţine un dispozitiv logic deautomatizare a agregatului de pompare M-P în diferite regimuri : umplere saugolire a rezervorului, umplere f ăr ă stabilizare a nivelului (fig. 1.73, b ), umplere custabilizare discretă a nivelului şi cu temporizare ∆T la conectarea pompei (fig.1.73, c ), umplere cu stabilizare şi cu temporizare∆T la deconectarea pompei ( fig.173, d ), golire cu stabilizare şi temporizare∆T la conectare şi deconectare.Temporizarea serveşte ca o zonă de histerezis pentru a evita mai multe conectăriiraţionale ale agregatului de pompare la o apariţia unor valuri ale lichidului .

b)

c)

d)

Fig. 1.73. Schema releului - regulator de nivel ENRM al companiei Crouzet



1.4 T RADUCTOARE Ş I REGULATOARE DE NIVEL54

În figura 1.74, a este reprezentată forma constructivă a releului ENRM, careeste destul de compactă pentru a putea fi montată pe şina standardizată DIN de 35mm. Însă acest releu asigur ă controlul şi reglarea nivelului lichidului numai într-un singur rezervor. În diferite linii tehnologice industriale, cum ar fi de exemplucele din industria laptelui, hârtiei şi cartonului, este necesar controlul nivelului în 2

rezervoare: din care se alimentează şi în care se pompează Pentru astfel de cazuricompania Crouzet propune un alt releu regulator de nivel – F2N (fig. 1.74,b ).a)

b)

c)

Fig. 1.74 Relee regulatoare automate de nivel ENRM şi F2Nale companiei Crouzet

O altă variantă a acestor relee este FN, care controlează 3 niveluri ale lichiduluiîntr-un singur rezervor – minim, maxim şi de alarmă (avarie), utilizând 3 electrozi.Acesta din urmă conectează alarma sonor ă de avertizare a operatorului de serviciuîn caz, dacă nivelul depăşeşte nivelul de avarie. Toate aceste variante simple derelee şi traductoare de conductivitate însă nu pot fi utilizate pentru lichide agresiveşi lipicioase, asigur ă o eroare mare de stabilizare a nivelului şi nu sunt prevăzutecu interfaţă standardizată RS485/232 pentru a fi comandate de la un controler .

De aceste dezavantaje sunt lipsitetraductoarele capacitive şi cu ultrasunetediscrete de proximitate, descrise în punctele1.2.2 şi 1.2.3. În figura 1.75 sunt ar ătatetraductoarele capacitive Pointek alecompaniei Siemens, destinate pentrumăsurarea discretă a nivelului substanţelor în formă de suspenzii sau de praf. Acestetraductoare au o execuţie antiexplozivă şi unzond (electrod ) din oţel inoxidabil, care protejează senzorul . Fig. 1.75. Traductoare capacitive de nivel



1.4 T RADUCTOARE Ş I REGULATOARE DE NIVEL 55

1.4.2 Traductoare continue de nivelTraductoarele analogice ultrasonore de nivel Echomax ale companiei Siemens,

constituite sin 2 păr ţi – senzorul ultrasonic şi partea electronică (controlerul denivel), sunt ar ătate în figura 1.76. Eleasigur ă un diapazon de măsurare 0,3-

30 m, o frecvenţă de emisie a undelor 22-44 kHz, un unghi al acestor unde6-12º şi o precizie de 0,1 % faţă devaloarea prescrisă, având la iezire unsemnal standardizat în curent 4-20mA, 6 relee cu contacte de 5 A şi230 V şi o interfaţă RS485.

Fig. 1.76. Traductoare ultrasonoreanalogice Echomax, de nivel alecompaniei Siemens

O modificaţie specială a traductoarelor ultrasonore o constituie clasa

traductoarelor radar. Funcţionarea lor se bazează pe emiterea unor unde delumină invizibilă de frecvenţă foarte înaltă (6-26 GHz) şi fixarea timpului derecepţie 0t în rezultatul reflecţiei lor de la suprafaţa lichidului sau materialului

controlat:20t

ch , unde c=300000 km/s – viteza undelor de lumină.Datorită avantajelor sale – simplitate, diapazon mare de măsurare (4-70m),

precizie înaltă, universalitate, posibilitate de funcţionare în condiţii extremale(temperatur ă şi presiune înaltă,) – aceste traductoare au că pătat în ultimul timp olargă r ăspândire.

În figura 1.77, asunt ar ătate 2 modelede traductoare tip radar Sitrans LR şi IQ Radar 160 ale companieiSIEMENS, care seinstalează, de regulă,deasupra rezervoarelor închise (fig. 1.77, b ) .

a) b)Fig. 1.77. Traductoare de nivel de tip radar



1.4 T RADUCTOARE Ş I REGULATOARE DE NIVEL56

În afar ă de aceste tipuri, au fost elaborate, de asemenea, şi alte tipuri detraductoare analogice de nivel. Dintre aceste principii fac parte traductoarele, bazate pe fenomenul varia ţiei rezisten ţelor tenzometrice sau piezometrice, precum şi cel hidrostatic . Ambele metode fiind valabile şi pentru măsurarea presiuni. Senzorii tenzometrici sau piezometrici reprezintă nişte pelicule

semiconductoare elastice, care sub acţiunea nivelului sau presiunii lichidului sedeformează, schimbându-şi rezistenţa. Variaţia aceste tenzorezistenţe esteconvertită apoi într-un semnal analogic standardizat 4-20 mA cu ajutorului unuiadaptor electronic tipic. Aceşti senzori universali au gabarite şi mase foarte mici, precizie, fiabilitate şi stabilitate înaltă şi pot să funcţioneze în condiţii grele deexploatare, de aceea şi-au găsit o largă utilizare în instrumentaţia modernă.

În figura 1.78, a este prezentat senzorul tenzometric 50T al companiei ABB,care are un diametru de 41 mm şi o lungime de 133 mm şi care permite măsurareanivelului într-un diapazon 0-100 m, iar a presiunii – 1-10 bar. Un astfel de senzor,

unit cu adaptorul microelectronic cu un cablu , formează deja un traductor piezorezistiv de nivel de tipul SLT 09 (fig. 1.78, b ). Domeniul de măsurare anivelului cu acest traductor cu senzor submersibil constituie 0-1,5 m, lungimeacablului – 10 m, iar tensiunea de alimentare - poate să varieze în limitele 10 -55 V.

a) b)Fig.1.78. Senzor 50T şi traductor piezorezistiv SLT 09 de nivel al companiei ABB

Principiul traductoarelor hidrostatice de nivel are la bază presiunea statică acoloanei de lichid cu înălţimea h :

g h P , unde g=9,8 m/s2; - densitatea lichidului controlat.Variantă hidrostatică a traductoarelor de nivel a companiei ABB o constituie

modelul ASL 800, în care este incorporat un microprocesor (fig, 1.79, a). Acesttraductor, cu o lungime de 280 mm şi un diametru de 40 mm, conţine 2 diafragme

– una de separare şi alta de măsurare. El este considerat ca un traductor inteligent,deoarece poate realiza funcţia unui regulator PID şi prevede o interfaţă RS 232 cucontrolere programabile.



1.4 T RADUCTOARE Ş I REGULATOARE DE NIVEL 57

Fig. 1.79. Traductor hidrostatic de nivel ASL 800 cu microprocesor al firmei ABB

Partea secundar ă a senzorului tenzometric sau hidrostatic conţine unindicator pentru controlul vizual digital al nivelului. Compania ABB a elaborat 2astfel de indicatoare digitale - L150 şi L160 cu montare pe panou şi pe perete (fig.1.80 ). Aceste indicatoare includ în afar ă de traductorul analogic de nivel cu unsemnal 4-20 mA, 2 regulatoare discrete pentru 2 agregate de pompare, un semnaldiscret de alarmă, un regulator analogic la ieşire şi o interfaţă de legătur ă cucalculatorul RS 485. Ele mai îndeplinesc şi unele funcţii matematice, de exemplude calculare a volumului rezervorului, de aceea pot fi considerate ca controlere denivel.

Fig. 1.80. Controlere de nivel L150 şi L160 cuindicatoare digitale de 5 cifre ale companiei ABB

Au fost propuse, de asemenea, şi alte principii de măsurare a nivelului, deexemplu cel electromecanic, vibratoriu, radiometric şi altele. Ele sunt însă maicomplicate, de aceea mai puţin se folosesc în practică.



1.5 Senzori ş i traductoare de presiune

1.5.1 No ţiuni generaleExistă mai multe tipuri de presiuni ale gazelor – atmosferică, subatmosferică

(vacuummetrică) , supraatmosferică (excedentă sau избыточное), absolut ă ( de la

zero sau vacuum absolut), diferenţială (diferenţa a 2 presiuni, una dintre care poate fi cea atmosferică) . Lichidele, de regulă, nu sunt izolate complet deatmosfer ă, de aceea presiunea lor se măsoar ă în raport cu presiunea atmosferică,care serveşte ca punct de referinţă.

În sistemul internaţional presiunea se măsoar ă în Pascali (1 Pa = 1 N/m2),kilopascali (kPa), megapascali (MPa), sau în Bar (atmosfere barometrice) – 1 Bar≈ 1 kg/cm2 ≈ 105 Pa = 100 kPa = 0,1 MPa.

Aparatele de măsurare şi indicare a presiunii (supraatmosferice) se numescmanometre , a presiunii subatmosferice – manovacuummetre sau vacuummetre,

iar a presiunii diferenţiale – difmanometre . Ele se utilizează în toate sistemele pneumatice sau hidraulice, folosind energia acestora pentru funcţionare şi indicaremecanică cu scar ă circular ă sau electronică digitală cu baterie (fig. 1.81 ). Cea mailargă r ăspândire au că pătat-o manometrele bazate pe deformaţia unui senzorelastic, care poate fi : – resort tubular în forma unui arc de circumferinţă, unit la un capăt cu racordul

de intrare , iar celălalt capăt, fiind liber, se îndoaie sub acţiunea presiunii la unanumit unghi împreună cu acul de indicare;

– diafragm ă circular ă netedă sau gofrată, aflată pe de o parte sub presiuneaatmosferică, iar pe cealaltă parte – sub presiunea măsurată, care asigur ă odeplasare liniar ă mică (4-6mm) a centrului ei, legat cu mecanismul de indicare(senzorul cu diafragme se utilizează mai mult în difmanometre– fig. 1.81, c);

– Tub gofrat (Burdon) ( сильфон ) 2, amortizat la un capăt de un resort 12 şicapabil să se deplaseze liniar, împreună cu axa 4, sub acţiunea presiuniiexterioare P la o distanţă deja mai mare (2-20 mm) (fig. 1.81, f) .

a) b) c)



1.5 S ENZORI Ş I TRADUCTOARE DE PRESIUNE 59

d) e) f)Fig. 1.81. Modificaţii de manometre cu indicatoare de presiune mecanice circulare

şi electronice digitale ale companiei germane KOBOLD

Conectarea manometrelor la conducta de presiune poate fi efectuată prin filetmetric (fig. 1.81, a, b, c,), printr-un tub capilar lung (fig. 1.81, d ) sau printr-oflanşă cu membrană de separare în cazul unor lichide murdare sau lipicioase ( fig.1.81. e). Unele manometre sunt înzestrate cu contacte electrice, comutarea discretă

a cărora poate fi acordată la anumite valori necesare Pmin şi Pmax (fig. 1.81, d,e ).Astfel de manometre servesc ca regulatoare discrete de presiune, de aceea senumesc relee – regulatoare de pre siune sau presostate . În figura 1.81, f estereprezentat un releu regulator mecanic de presiune f ăr ă indicator , în care axul 4 altubului Burdon (burdufului) 2 acţionează asupra pârghiei 5 şi apoi asupracomutatorului electric 7. Acţionarea releului se acordează prin şurubul 9, carereglează comprimarea sau întinderea resortului 8. Există şi relee regulatoare sau presostate electronice.

Manometrele, care asigur ă nu numai măsurarea şi indicarea presiunii, ci şi

transformarea ei într-un semnal electric analogic standardizat, se numesctraductoare de presiune . Ele au deja un bloc electric propriu de alimentare cuenergie şi un adaptor electric sau electronic, se utilizează în sistemele deautomatizare ale proceselor tehnologice şi pot avea mai multe principii demăsurare a presiunii sau mai multe tipuri de senzori . Traductoarele analogice potavea atât senzori cu deformare a unor elemente elastice ca la manometre, cât şisenzori electrici sau electronici de presiune – capacitivi, inductivi, piezoelectricisau tenzometrici, ultimii fiind bazaţi pe variaţia rezistenţei unei peliculesemiconductoare elastice, deformate sub acţiunea presiunii controlate. Aceştea

din urmă au că pătat o utilizare în masă în traductoarele sistemelor moderne deautomatizare, substituind tipurile clasice, deoarece posedă o serie întreagă deavantaje :




- permit o utilizare universală de măsurare a parametrilor tehnologici principali : presiunii, nivelului şi debitului, atât a gazelor, cât şi a lichidelor, ceea ce simplifică procesele tehnologice de producere a lor;- asigur ă un diapazon foarte mare de măsurare a parametrilor respectivi, pentru presiune ,de exemplu, de la 16 kPa (0,16 bar) şi până la 16000 kPa (160 bar), ceea

ce măreşte nomenclatura lor ;- generează un semnal standardizat de curent 4-20 mA, consumând un curent micde la blocul de alimentare, tensiunea căruia poate să varieze în limitele 10-42 V ;- conţin o interfaţă standardizată RS 485 sau RS 232 pentru legătura cu calculatorulsau cu controlerul programabil de automatizare;- asigur ă o indicare curentă digitală , iar în unele cazuri şi una integrală;- posedă mase şi gabarite foarte mici, având totodată mai multe varianteconstructive alternative.

1.5.2 Traductoare de presiune 2600T ale companiei ABBUnele din cele mai performante traductoare moderne de presiune sunt cele ale

companiilor ABB cu tipurile 2600T şi SIEMENS cu modificaţiile SITRANS P.Traductoarele din seria 2600T (fig. 1.82) permit măsurarea a 3 tipuri de presiuni – supraatmosferice, absolute şi diferenţiale, a nivelului şi a debitului, utilizând pentruaceasta 1 sau 2 diafragme, 1 sau 2 senzori inductivi, piezoelectrici, sau capacitivide măsurare, precum şi un senzor de temperatur ă pentru corectare. Parteaelectronică de prelucrare şi adaptare conţine un microprocesor (microcontroler),care permite, la rândul său, o monitorizare, calibrare şi diagnosticare de la distanţăa lor conform standardului HART, utilizând pentru aceasta calculatorul şi aceleaşi2 conductoare unice de alimentare şi de ieşire 4-20 mA. În legătur ă cu toateacestea, traductoarele din seria 2600T pot fi considerate nişte traductoareuniversale inteligente.

Fig. 1.82. Aspectul general al traductoarelor universale 2600T ale companiei ABB




Aceste traductoare sunt alcătuite din 2 blocuri principale : primar cu 2 racorduride aplicare şi măsurare a presiunilor diferenţiale de intrare, şi secundar cudispozitivele microelectronice de convertire, liniarizare, adaptare, indicare.Blocurile sunt legate între ele prin filet metric, care permite o rotire a bloculuielectronic cu un unghi până la 360 º faţă de blocul primar. În figura 1.83, varianta

2a, sunt reprezentate elementele unui traductor cu senzor inductiv , alcătuit din 2 bobine cu miezuri magnetice, distanţa dintre care variază în funcţie de deplasareadiafragmei centrale de măsurare. Presiunile diferenţiale exterioare acţioneazăasupra acestei diafragme prin intermediul a 2 tuburi capilare, a lichidului interior şia 2 diafragme de separare a acestui lichid faşă de lichidul, gazul sau aburulexterior. În figura 1.83 , varianta 2b, este reprezentat un senzor piezoelectric al presiunii diferenţiale (dp) şi un senzor al presiunii absolute (Pabs), care serveşte careferinţă pentru cel diferenţial, compensând variaţia presiunii statice.

Fig. 1.83. Elemente constructive componente ale traductoarelor de presiune 2600 T




Schema funcţională a dispozitivelor electronice primare şi secundare aletraductoarelor 2600T cu microcontroler programabil este ar ătată în figura 1.84 , iar schema de conexiuni exterioare – în figura 1.85 .

Fig. 1.84. Schema funcţională a dispozitivelor electronice ale traductoarelor 2600T

Fig. 1.85. Schema de conexiuni exterioare ale traductoarelor de presiune 2600T

Conform acestor scheme, traductoarele 2600T prevăd 2 butoane locale decalibrare şi numai 2 conductoare atât pentru alimentare, cât şi pentru ieşire şiinterfaţă cu calculatorul sau cu comunicatorul portativ. Acest lucru este posibildatorită suprapunerii semnalului de interfaţă, modulat în frecvenţă înaltă şi cu oamplitudine 0,5 mA, peste semnalul de intrare /ieşire 4-20 mA. Indicatorulanalogic sau digital se montează printr-o priză specială deasupra cutiei laterale cu

borne, iar cablul de conectare se introduce printr-o gaur ă în carcasă (fig. 1.83,2d). Cutia mai conţine 3 borne pentru verificare şi conectare a comunicatoruluiexterior portativ.




Traductoarele 2600T prevăd o execuţie specială cu flanşă adăugătoare pentrumăsurarea presiunii unor lichide murdare, lipicioase sau agresive (fig. 1.86), precum şi a nivelului cu montarea direct pe corpul rezervorului deschis sau închis(fig. 1.87) . În acest caz între flanşă şi rezervor se montează o membrană deseparare. În cazul măsur ării nivelului într-un rezervor închis, printr-o conductă

adăugătoare se compensează presiunea de deasupra lichidului.

Fig. 1.86. Modificaţii ale traductoarelor 2600T cu flanşă scurtă şi prelungită

Fig. 1.87. Variante de utilizare a traductoarelor 2600T pentru măsurarea nivelului

Au fost elaborate şi modificaţii simple de traductoare 2600T pentru măsurarea presiunii absolute sau a nivelului şi o montare directă pe conductă (fig. 1.88).

Fig. 1.88. Modificaţii simplificate 2600T de măsurare a presiunii absolute




1.5.3 Traductoare de presiune ale altor companii

O construcţie şi funcţionare asemănătoare o au şi traductoarele de presiuneSITRANS P ale companiei SIEMENS (fig. 1.89 ).

Fig. 1.89. Traductoare de presiuneSITRANS P ale companiei Siemens

Toate aceste traductoare sunt destul de performante, însă au un preţ de costrelativ mare. De exemplu, costul traductoarelor de presiune absolută ale companieiABB constituie 1600 - 1800 Euro, iar costul traductoarelor diferenţiale – 2200 -2500 Euro. În multe acţionări electrice individuale pot fi folosite cu succes şitraductoare analogice de presiune mai simple – f ăr ă indicatoare şi microcontrolere,care sunt mai ieftine. Dintre acestea pot fi menţionate traductoarele SEN alecompaniei KOBOLD (fig. 1.90, a,b ), traductoarele VEGABAR 53 ale companieiVEGA şi traductoarele MBS 32/33 ale companiei DANFOSS (fig. 1.90, c ). Preţulde cost al acestor traductoare este de 10 ori mai mic faţă de cele menţionate.

a) b) c)Fig. 1.90. Traductoare simplificate şi compacte de presiune ale companiilor

KOBOLD şi DANFOSS



1.6 Traductoare de m ă surare a debitului lichidelor ş i gazelor

1.6.1 No ţiuni generale despre debit şi cantitate

Debitul ( расход ) reprezintă productivitatea curentă a multor mecanisme,

utilaje sau instalaţii – pompe, ventilatoare, compresoare, conveiere, şnecuri,dozatoare, utilaje şi linii tehnologice, de aceea constituie parametrul lor principal.El se determină ca volumul V pentru lichide şi gaze sau ca masa materialelor solide m, furnizate sau consumate într-o unitate de timp t – ore sau secunde :

sm

sauh

mt

V Q

33

, , sau skg

sauh

kg t m

Q , .

Majoritatea sistemelor moderne de automatizare ale proceselor tehnologice prevăd reglarea sau controlul direct sau indirect al acestui parametru, care estemăsurat cu ajutorul debitmetrelor. În funcţie de unităţile menţionate de măsur ă,

debitmetrele pot fi de volum sau de mas ă . Însă atât unele, cât şi celelalte,măsoar ă valoarea momentană a debitului. În practică deseori este necesar ăaprecierea valorii integrale (medii) a volumului sau masei unui produs într-uninterval de timp relativ mai mare – într-o lună sau într-un an. Această valoare senumeşte cantitate, iar aparatele de măsurare a ei se numesc contoare. Ele suntnumite integratoare, dac ă se bazează pe integrarea debitului de volum (masă):

3,2

1

mdt t QV t

t V , sau kg dt t Qm

t

t m ,

2

1

.

Dacă ,const t QV şi const t Qm

, atunci volumul sumar sau masa sumar ă înintervalul de timp 12 t t t

312 , mt Qt t QV V V , sau kg t Qt t Qm mm ,12 .

De aceea debitmetrele şi contoarele se execută deseori într-un singur constructiv.Deoarece în diferite ramuri industriale există o mare varietate de lichide şi gaze

cu diferite proprietăţi, au fost elaborate o varietate relativ mare de debitmetre cudiferite principii de măsurare. Fiecare dine ele are avantajele şi dezavantajele sale.

În trecut cea mai largă r ăspândire o aveau debitmetrele bazate pe măsurareaunei presiuni diferenţiale (перепад давления ) , create cu ajutorul unei strangulărisau unui tub Venturi în conducta de lichid sau de gaz. Această strangulare (cужающее устройство ) creează de ambele păr ţi o diferenţă de presiune

21 p p p , care este propor ţională cu debitul Q şi care este aplicată asupra unor diafragme flexibile, axul cărora acţionează asupra traductor de inducţie :

210 2 p pS QV ;

219 2 p pS Qm .

Unde - coeficient constructiv de debit; 420 d S - secţiunea strangulării cu

diametrul d; - densitatea lichidului sau gazului.Difmanometrele însă au următoarele dezavantaje: cauzează o cădere substanţială

de presiune în conductă, eroarea depinde de densitate, care variază cu temperatura.De aceste dezavantaje sunt lipsite debitmetrele electromagnetice, cu turbinerotative, ultrasonore, cu vârtejuri, care se folosesc pe larg în prezent.



1.6 T RADUCTOARE DE M Ă SURARE A DEBITELOR66

1.6.2 Debitmetre de induc ţie electromagnetic ă

Aceste debitmetre au o construcţie simplă, o precizie şi fiabilitate înaltă, nuasigur ă nici o micşorare a presiunii lichidului, iar indicaţiile lor nu depind detemperatura, presiunea , viscozitatea lichidului. În plus, temperatura lichidului

poate să varieze de la -20º C şi până la 200º C. Singura restricţie de utilizare a lor se refer ă la conductivitatea electrică a lichidului, care trebuie să fie nu mai mică de5 µS/cm.

În figura 1.91 este reprezentată construcţia simplificată a unui debitmetruelectromagnetic, constituit dintr-o por ţiune de conductă din material nemagnetic,amplasată între polii unui electromagnet, constituit din 2 bobine cu curent continuusau alternativ de excitaţie. Conductorul, care se deplasează în câmpul magnetic deexcitaţie cu o viteză liniar ă este însăşi lichidul din conductă. Conform legiiinducţiei electromagnetice, în el se induce o tensiune electromotoare E, defazată

(după regula mânii stângi) cu 90ºşi propor ţională cu viteza ,inducţia B şi distanţa (diametrul)D dintre 2 electrozi perpendiculari , prin care seînchide curentul determinat de ea

D . Ţinând cont, că debitul42

DQ , se obţine, că QQ D B E 4 .

Această tensiune se amplifică şise transformă de dispozitivulsecundar în semnal standardizatde curent 4-20 mA.

Fig. 1.91. Principiul debitmetrului electromagneticPentru a micşora gabaritele traductorului, bobinele de excitaţie se alimentează

cu curent alternativ de frecvenţă înaltă. Însă în acest caz tensiunea indusă seînsumează cu o componentă sinusoidală ca la transformatoare. Aceasta din urmăeste apoi compensată în dispozitivul secundar de amplificare şi convertire.

În figura 1.92 sunt prezentate 4 modificaţii de bază MAG 1100, 1100F, 3100şi 5100W ale dispozitivului primar (senzorului) debitmetrelor de inducţieelectromagnetică SITRANS MAGFLOW ale companiei Siemens cu diametreinterioare până la 2000mm şi productivităţi până la 20000m3/h . Prima modificaţieare o construcţie f ăr ă flanşă , fiind prevăzută pentru diametre mici – 2-100 mm.Modificaţia MAG 1100F este destinată în special pentru industria alimentar ă saufarmaceutică şi satisface tuturor cerinţelor şi normelor sanitare, iar MAG 3100 – pentru cele mai grele condiţii industriale de funcţionare, inclusiv în industriachimică. Ultima modificaţie este destinată în special pentru apă (Water), inclusiv pentru apă de canalizare cu conţinut mare de impurităţi. O modificaţie



1.6 T RADUCTOARE DE M Ă SURARE A DEBITELOR 67

asemănătoare – TRANSMAG 2 este prevăzută pentru industria hârtiei, cartonului,minier ă cu conţinut mare de particule solide ale lichidelor.

Fig. 1.92. Modificaţii ale senzorului primar MAG 1100, 1100F, 3100 şi 5100W

În figura 1.93 sunt prezentate 2 variante de blocuri secundare de amplificare – convertire MAG 5000 şi MAG 6000 ale companiei Siemens cu alimentare 24VDC sau 230 VAC. Blocurile secundare conţin un microprocesor de prelucrare adatelor măsurate de senzorul magnetic şi asigur ă un număr mare de funcţii, maiales de diagnosticare. Primul bloc asigur ă o precizie de măsurare 0,5 % , iar aldoilea - 0,25 % şi o execuţie constructivă IP67 pentru condiţii grele.

a) b)

Fig. 1.93. Dispozitive secundare MAG 5000 (a) şi MAG 6000 (b) aledebitmetrelor de inducţie electromagnetică ale companiei Siemens




Aceste debitmetre cu ambele păr ţi integrate sunt ar ătate în figura 1.94 . În f igura1.95 este reprezentat un debitmetru electromagnetic asemănător FXT 4000 (COPA – XT) al companiei ABB, iar în figura 1.96 schema funcţională a acestuia cu 2semnale se ieşire ; analogic 4-20 mA şi discret de o frecvenţă propor ţională cu Q.

Fig. 1.95. DebitmetruFXT4000 (COPA -XT) alcompaniei ABB

Fig. 1.94. Debitmetre de inducţie magnetică SITRANSMAGFLOW Siemens cu ambele păr ţi integrate

Fig.1.96 Schema electrică funcţională a debitmetrelor FXT4000 (COPA-XT) ABB




1.6.3 Debitmetre de mas ă MASSFLOW

Compania Siemens produce, de asemenea, debitmetre de masă cu diametre până la 1000 mm şi productivităţi până la 10000 kg/h. Funcţionarea lor se bazează pe principiul for ţelor CORIOLIS. Ele sunt constituite, de asemenea, din 2 păr ţi

(componente) : primar ă (senzorul) şi secundar ă (amplificatorul, convertorul şiindicatorul). Ultimul este realizat pe bază de microprocesor (microcontroler) şi areacelaşi constructiv ca şi debitmetrele de volum MAG 5000 sau MAG 6000.

În figura 1.97 sunt ar ătate ambele păr ţi ale debitmetrului de masă SITRANSMASSFLOW 2100 cu dimensiuni DI 3 – DI 40. Ele permit o reglare a debitului îndiapazonul 500:1 cu o precizie de 0,1% (0,0001 g/cm3). Măsur ările nu depind detemperatura, presiunea, densitatea, viscozitatea sau conductivitatea lichidului.Diapazonul de temperaturi maxime al lor este cuprins între valorile -40ºC şi+115ºC. Partea electronică asigur ă nişte măsur ări multiple : debitmetrul de masă în

kg/s, debitmetrul de volum în l/s, densitatea în kg/m3

, concentraţia în %, şitemperatura în ºC. Ele sunt prevăzute pentru o alimentare 24 V DC şi 3 variante alesemnalelor de ieşire : în curent 4-20 mA, în impulsuri de frecvenţă 0-10000 Hz şiîn forma unui contact de releu.

a) b)Fig. 1.97. Debitmetru de masă MASSFLOW al companiei Siemens: a) - senzor

MASS 2100; b) - amplificator – indicator MASS 5000În figura 1.98 este ar ătat un debitmetru masic OPTIMASS 7000 al companiei

finlandeze KROHNE cu productivităţi 500-400000 kg/h.

Fig. 1.98. Debitmetru masic OPTIMASS 7000 al companiei finlandeze KROHNE




În figura 1.99 sunt reprezentate caracteristicile presiune-debit ale debitmetruluiMASS 2100 cu diametru convenţional DI 15 şi cu productivităţi 180 – 5600 kg/h,o precizie de măsurare 0,15 %, densităţi 1,4-2,0 g/cm3 şi temperaturi ale lichidului-50-180ºC. Aceste caracteristici sunt indicate pentru diferite viscozităţi alelichidului.

Fig. 1.99. Caracteristicile debit-presiune ale debitmetrului MASS 2100 cu undiametru DI 15

În figura 1.100 este prezentat un contor electromagnetic de apă MAG 8000 alcompaniei Siemens cu indicatorul său digital, alimentat de la o baterie de câţivavolţi, care datorită consumului mic de energie, are o durată de funcţionare de 6 ani.Acest contor are 2 ieşiri discrete pentru controlul debitului la distanţă. El estedestinat pentru utilizare în masă.

Fig. 1.100. Contor electromagnetic de apă MAG 8000 al companiei Siemens




1.6.4 Debitmetre şi contoare ultrasonore SONOFLOW

Principiul de funcţionare al acestor debitmetre este simplu, fiind bazat pemăsurarea timpului diferenţial dintre impulsurile ultrasonore, orientate după şiîmpotriva fluxului de lichid din conductă. Unda sonor ă, care coincide cu sensul

fluxului, se deplasează mai repede faţă de unda în contrasens. Deferenţa acestuitimp este propor ţională cu viteza fluxului, iar aceasta, la rândul ei, la o secţiune şilungime constantă, este propor ţională cu debitul lichidului, calculat de dispozitivulmicroelectronic secundar. Microcontrolerul calculează pe baza debitului de volumşi a densităţii, determinate pe baza vitezei sunetului, debitul masic , precum şicantitatea de lichid în intervalul corespunzător de timp, de aceea debitmetrul esteintegrat cu contorul într-un singur bloc, având un singur panou şi indicator.

În figura 1.101 sunt ar ătate 2 modificaţii ale senzorului primar SONO 3300 şiSONO 3100 cu diametre 50-1200 mm, lungimi 475-1100 mm şi productivităţi 80-

42000 m3

/h. Dispozitivul secundar SONO 3000 are aceeaşi construcţie şi datetehnice standardizate ca şi debitmetrele electromagnetice din figura 1.93, a sau1.97, b. Acest dispozitiv în execuţia IP67 poate fi instalat direct pe senzor, permiţând o rotire la 90º sau 180º, sau pe perete la o distanţă până la 15 m. Pentruo fiabilitate înaltă de măsurare însă, debitmetrele ultrasonore SONOFLO sunt prevăzute cu câte 2 perechi de electrozi - A,B.C,D şi 2 emiţătoare – receptoare deunde, cu toate că funcţionarea normală poate fi asigurată de o singur ă pereche.

Fig. 1.101. Modificaţiile senzorului primar ultrasonor SONO 33000 şi SONO 3100

Panoul de comandă şi programare al acestor debitmetre prevede 2 variante deacces la parametrii principali : în meniul operatorului (OPERATOR MENU) şi înmeniul de instalare (SETUP MENU), ultimul fiind divizat în 2 regimuri : devizualizare (VIEW) şi modificare (CHANGE). Ambele regimuri includ :- regimul de instalare şi calibrare a traductorului (CONVERTER SETUP MODE)- regimul de resetare (RESET MODE);- regimul de deservire (SERVICE MODE);- regimul de alegere a limbii panoului (LANGUAGE SETUP);- regimul de instalare a meniurilor operatorului (OPERATOR MENU SETUP);- instalarea codului traductorului (UZER CODE SETUP ).




1.6.5 Debitmetre cu turbine rotative

Senzorul acestor debitmetre reprezintă o turbină cu palete (fig. 1.102, a ),frecvenţa de rotaţie a căreea, propor ţională cu debitul lichidului din conductă, estetransformată de un tranzistor p-n-p sau n-p-n într-un şir de impulsuri, frecvenţă

căruia este măsurată şi indicată de un indicator digital (fig. 1.102, b ).

a)

c)

În figura 1.102, c sunt prezentate 2 variante aledebitmetrelor companieiKOBOLD de tipul TUP, dinmaterial plastic (PVC), cuturbină rotativă, cu diametre 20-100 mm, debite 0,2-100 m3/h, precizie de măsurare ±1 %, iar înfigura 1.102, d – construcţiaelementelor componenteinterioare ale lor.

d)Fig. 1.102. Debitmetre cu turbină rotativă TUP ale companiei KOBOLD




1.6.6 Debitmetre cu vârtejuri VORTEX / SWIRLFLOW

Aceste debitmetre, constituite de asemenea din 2 păr ţi componente, suntrelativ simple şi compacte, nu necesită nici o acordare sau calibrare şi nu depindde proprietăţile gazelor sau lichidelor. Ele se bazează pe fenomenul cunoscut în

fizică sub numele CARMAN - apariţia unor oscilaţii turbulente hidraulice în cazulunui lichid, sau pneumatice (vârtejuri) în cazul unor gaze , la introducerea în calealor a unor obstacole de o anumită formă . În cazul unui obstacol în formă de „T”vârtejurile au o axă verticală (fig. 1.103, a ), iar în cazul unui obstacol în formă despirală – ele au o axă orizontală (fig. 1.103, b ). Aceste vârtejuri apar de ambele păr ţi ale obstacolului, alternând unul după altul. Frecvenţa lor este direct propor ţională cu viteza de curgere a fluxului v şi invers propor ţională cu lăţimeaobstacolului d:

d

vSt f , unde St — numărul lui Strouhal.

De aceeaşi frecvenţă este şi presiunea diferenţiala produsă înainteaobstacolului şi după el, detectată de un senzor din cuar ţ (piezometric), montat înspatele obstacolului. Frecvenţa acestui senzor este prelucrată apoi de bloculelectronic secundar.

a) b)Fig. 1.103. Principii şi modificaţii ale debitmetrelor cu vârtejuri VORTEX

FV4000- VT4 (a) şi SWIRL FS4000-ST4 (b)

În figura 1.104 sunt indicate modificaţiile reale ale acestor debitmetre, produse de compania ABB, care pot avea o instalare a dispozitivului secundar fiedirect pe conductă, fie pe perete o distanţă până la 10 m.

Dezavantajul principal al acestor debitmetre constă în limitarea valorilor minime Qmin şi maxime Qmax ale debitului pentru fiecare diametru al conductei.Aceste valori trebuie calculate după anumite relaţii, care sunt indicate îninstrucţiunile de exploatare. În figura 1.105 sunt reprezentate caracteristicile presiune diferenţială-debit pentru debitmetrele de aer cu o densitate 1.2 kg/m3.




Fig. 1.104. Modificaţiile reale ale debitmetrelor cu vârtejuri ale companiei ABB

Fig. 1.105. Caracteristicile presiune diferenţială-debit ale debitmetrelor pentru aer



2. CONTROLERE PROGRAMABILE MODULARE ŞICOMPUTERE INDUSTRIALE DE AUTOMATIZARE

A PROCESELOR TEHNOLOGICE

2.1 No ţiuni generale ş i clasificare

Ce reprezintă controlerele şi care este diferenţa dintre ele şi microcontrolere ?În timpul de faţă multe dispozitive microelectronice de comandă şi reglareautomată sunt numite controlere, deoarece în limba engleză aceste funcţii seidentifică printr-un singur cuvânt – Controller. Istoria microcontrolerelor estestrâns legată de istoria microprocesoarelor, propuse de compania americană Intelîn anul 1971. Ele au fost primele circuite integrate digitale universale, bazate pefuncţionarea după un program, fiind concepute la început pentru calculatoare, iar apoi au f ăcut o revoluţie în automatică şi multe alte domenii. Microprocesoarelespecializate pentru automatizări au fost numite microcontrolere. Ele au

păstrat acelaşi concept de funcţionare după program, însă au fost modernizate pentru a face faţă cerinţelor sistemelor de automatizare: structur ă interioar ă maisimplă, rapiditate mai mare pentru funcţionare în timp real, număr relativ mare deintr ări-ieşiri, dispozitive adăugătoare interioare de memorie, temporizare,numărare, interfaţă (legătur ă cu circuitele exterioare) şi de conversie analog-numerică sau numeric-analogică.

Aşadar, microcontrolerele sunt nişte microscheme integrate digitale universalecu un număr de biţi, multiplu la 2: 8,16,32, 64, 128. Cu cât numărul de biţi este maimare, cu atât rapiditatea este mai înaltă, iar numărul de picioruşe (pini) alemicroschemei creşte. De exemplu, microcontrolerele de 8 biţi pot avea 28-48 de picioruşe, iar de 32 de biţi – 64-120 de pini – totul depinde de număruldispozitivelor speciale şi intr ărilor-ieşirilor. În figura 2.1 este reprezentat unmicrocontroler modern al companiei japoneze FUJITSU cu 32 de biţi din seriaMCU (Motor Control Unit), destinat pentru comanda motoarelor trifazate,alimentate de la convertizoare de frecvenţă. Acest microcontroler are 100 de picioruşe, un generator de tact cu o frecvenţă de 32 MHz, 2 registre acumulatoare,o unitate aritmetico – logică, mai multe registre multifuncţionale, o memorieconstantă interioar ă flash de 256-512 kB, o memorie operativă de 8-32 kB, untaimer de 16 biţi multifuncţional, 2-4 convertoare analogo – discrete şi o tensiunede alimentare de la 3 V la 5 V. Toţi aceşti parametri asigur ă o rapiditate înaltă deexecuţie a operaţiilor – 100-200 Mln Operaţii/ s (5-10 ns /operaţie), ceea ce şi este necesar pentru comanda în frecvenţă înaltă aconvertizorului motorului. Microcontrolerele pentru automobile sunt mai simple, având 8sau 16 biţi şi o rapiditate de 100ns/operaţie.Ele se programează de utilizator în limbajul

C++, care este mai optimal faţă de limbajulclasic Assembler, utilizat pe larg în trecutFig. 2.1. Microcontrolere FUJITSU de 32 biţi



2.1 C ONTROLERE PROGRAMABILE MODULARE - NOŢ IUNI GENERALE 76

În figura 2.2 este prezentată arhitectura interioar ă a microcontrolerelor MCS-196 de 16 biţi de o producţie mai veche a companiei INTEL, care are date tehnicede 10 ori mai scăzute şi care se programează în limbajul ASSEMBLER [13]. Elesunt destinate pentru reglarea vitezei motoarelor asincrone, alimentate de laconvertizoare de frecvenţă, alcătuind astfel un controler incorporat în CFV.

Fig. 2.2. Arhitectura interioar ă a microcontrolerelor MCS-196 INTEL

Pe lângă unitatea procesorului central (ЦПУ ) în interior sunt integrate:- un coprocesor (EPA) de control a semnalelor portului 2 de intrare;- un coprocesor (server) de transmiteri (tranzacţii) de date între dispozitivele

interioare periferice integrate şi memoria interioar ă a microcontrolerului;- un controler de întreruperi a executării de către ЦПУ a programului principal

la apariţia unor semnale de întrerupere de la dispozitivele interioare sau exterioare;- un generator numeric trifazat de modulaţie sinusoidală programabilă a duratei

impulsurilor (PWM) pentru invertoare de reglare a motoarelor de curent alternativ;- un generator numeric cu un singur canal de modulaţie tipică a duratei

impulsurilor (ШИМ – генератор) pentru chopperele de frânare dinamico reostatică

- un multiplexor analogic cu 8 sau 10 intr ări pentru introducerea la intrareaconvertorului analogo-numeric (CAN) (AЦП ) de 10 biţi a unui semnal analogic );- un port (P1) serial de 4 biţi, precum şi 6 porturi paralele de 8 biţi ( P0–P6).




Utilizarea în masă a microcontrolerelor însă este problematică, deoarece nuoricine cunoaşte programarea în limbajul C++ sau ASSEMBLER, care estegreoaie, iar, în al doilea rând, automatizarea proceselor industriale complexenecesită multe dispozitive adăugătoare - de multiplicare a numărului de intr ări – ieşiri, de funcţionare în reţea, sau de realizare a unor funcţii speciale, cum ar fi, de

exemplu, reglarea PID, poziţionarea (deplasarea de la un punct la alt punct),comanda cu impulsuri a unui motor pas cu pas sau multe altele. Toate acestea potfi executate doar în concept modular. Ca urmare, microcontrolerele pot fi utilizatemai mult de firmele producătoare de echipamente microelectronice decomplexitate mică şi de convertizoare de frecvenţă, care posedă o tehnologie deexecutare a plachetelor cu montaj imprimat al circuitelor integrate.

În legătur ă cu aceasta companiile, care produc dispozitive pentru automatizăriindustriale au luat toate sarcinile teoretice şi practice complicate asupra lor,adoptând un concept optimal pentru utilizator – un concept modular, preluat de la

computatoare. Conform lui sistemele industriale de automatizare se divizează într-o serie variată de module tipice, standardizate şi compatibile, asamblate şiverificate la uzina producătoare. Toate aceste module sunt proiectate pentru a fiinstalate într-un constructiv unic şi compact, numit controler programabil logic(PLC) modular. Unuia dintre aceste module i se atribuie rolul principal dedirijare a tuturor celorlalte, fiind numit Central Processor Unit (CPU) – UnitateaProcesorului Central şi dotat cu un microcontroler performant în formă demicroschemă şi cu unele elemente adăugătoare. Pentru sisteme de automatizare cucomplexitate diferită sunt elaborate diferite variante de module CPU. Lacumpărare utilizatorul alege din toată nomenclatura de producţie doar modululobligatoriu dorit CPU şi acele module funcţionale şi de intrare-ieşire, de care arenevoie pentru realizarea sistemului său de automatizare.

Schema-bloc a unui controler programabil modular, împreună cu obiectul deautomatizare şi unele elemente ale lui, este prezentată în figura 2.3.

Fig. 2.3. Schema-bloc a unui controler programabil modular




Aşadar, controlerele programabile modulare reprezintă nişte microcomputere industriale compacte şi eficiente f ăr ă monitor şi f ăr ă tastatur ă,elaborate special pentru automatizări industriale cu un număr mare de intr ări-ieşiri, de aceea au şi un principiu de funcţionare asemănător. Pentru o utilizare înmasă a acestor controlere, firmele producătore au elaborat pentru ele un program

(software) special, care prevede o programare de către utilizator în limbaje multmai simple, accesibile practic pentru fiecare inginer electrician sau electronist.Acest soft îndeplineşte pentru controlere aproximativ acelaşi rol, ca şi programulWindows pentru calculatoarele personale PC, în care se instalează ca şi orice program. Controlerele modulare simplificate conţin în plus un mic display şi 6-8taste, care permit o programare directă a lor - f ăr ă calculator şi f ăr ă soft.

La început controlere programabile modulare au fost concepute pentru a înlocuischemele clasice cu contacte de relee sau cu elemente logice fundamentale realeŞI, SAU,NU cu elemente virtuale, descrise matematic prin aceleaşi funcţii logice

şi unite în timpul programării prin conexiuni virtuale De aceea primele controlereau fost prevăzute cu 2 limbaje de programare:.- limbajul schemelor clasice cu relee şi contacte - LAD (Ladder Diagram;- limbajul blocurilor fundamentale logice cu combinaţiile şi diagramele lor – FBD(Function Bloc Control Diagram);

Însă aceste limbaje nu permit executarea operaţiilor aritmetice, logaritmice,exponenţiale, trigonometrice şi a altor funcţii, de aceea în următoarele controleremodulare a mai fost adăugat un limbaj universal de instrucţiuni codificate prezentate în formă de listă, de unde a provenit şi denumirea – STL (StatementList). El este asemănător cu Assembler, însă-i mult mai simplu.

Reprezentarea operaţiilor fundamentale logice ŞI, SAU în limbajele LAD,FBD şi STL, împreună cu schema lor de realizare reală prin varianta de aprinderea unor lămpi L1-L3 cu butoanele S1-S4, aplicate la intr ările I0.0-I0.3 (modulul 0cu intr ările 0-3), este indicată în figura 2.4. Ieşirile controlerului sunt notate prin Q0,0-Q0.2. Limbajele LAD, FBD şi STL au fost incluse într-un standardeuropeanEC1131,de aceea sunt obligatorii pentru controlerele modulare europene

Fig. 2.4. Reprezentarea operaţiilor logice ŞI, SAU în limbajele LAD, FBD şi STL




Pentru diferite sisteme industriale de automatizare au fost elaborate, evident,diferite tipuri de controlere programabile modulare, de aceea ele se clasifică dupămai multe criterii (fig. 2.5). După funcţiile principale ale obiectului deautomatizare (OA) controlerele modulare pot fi divizate în :

Controlere programabile logice (Program Logical Controllers -PLC);

Controlere programabile de poziţionare (Pozition Controllers – PC);Controlere programabile de mişcare (Motion Controllers – MC);Controlere programabile combinate.

Cele mai simple sunt controlerele logice, care asigur ă, de obicei, o comandăsecvenţială a componentelor OA atât în buclă deschisă (în funcţie de timp), cât şiîn buclă închisă în funcţie de semnalele unor senzori de proximitate sau unor parametri tehnologici (temperatur ă, presiune, nivel, debit).

Controlerele de poziţionare sunt destinate pentru deplasarea exactă a unui saumai multe organe de mişcare ale OA dintr-un punct în alt punct (point to point), de

exemplu a conveierului, manipulatorului, sfredelului de găurit etc. Aceastădeplasare poate fi efectuată pe o singur ă axă, sau pe 2-3 axe ortogonale ale unuistrung de prelucrare automatizată a metalului sau lemnului. Însă deplasările pe maimulte axe sunt autonome şi consecutive, ceea ce constituie o particularitate de bază a acestui tip de poziţionare. Evident, că pentru o precizie înaltă acestedeplasări trebuie reglate în buclă închisă cu regulatoare digitale de poziţie şiorientate într-un anumit sistem de coordonate ortogonale, măsurate cu ajutorulunor traductoare de poziţie: Ca astfel de traductoare în practică se folosesc 2tipuri principale: analogic - un rezolver, care reprezintă un transformator rotativ,

sau discret (incremental) - un encoder, care reprezintă un traductor fotoelectronicrotativ cu 2000-4000 impulsuri la fiecare rotaţie a arborelui. Traductorul de poziţieconstituie un criteriu de clasificare al controlerelor modulare (fig. 2.5).

Controlerele de mişcare sunt cele mai complicate tipuri, asemănându-se dupăcomplexitate cu computatoarele personale, iar după funcţionare - cu controlerelor de poziţionare, însă permit în plus o deplasare concomitentă, coordonată şiinterdependentă a organelor de lucru ale OA pe 2-3 axe simultan, fiind prevăzute pentru deplasări până la 8-16 axe şi chiar mai mult. Numărul total al acestor axecreşte, când numărul de organe se măreşte, iar la axele rectangulare se adaugăaxele de rotaţie în jurul fiecărei din ele. Astfel de deplasări concomitente şisincronizate pe diferite axe sunt necesare pentru prelucrarea automatizată ametalelor şi lemnului cu un profil curbliniar, efectuată cu ajutorul unor strunguri şimaşini unelte cu comandă numerică computerizată de tipul CNC (Computerezed Numerical Control, sau Числовое Програмное Управление ЧПУ ).

După gradul de complexitate al obiectului de automatizare fiecare din acestetipuri de controlere industriale se clasifică în 4 clase principale sau chiar 5:

1) controlere logice programabile simplificate, denumite şi relee programabile;2) controlere logice programabile mici de complexitate redusă;3) controlere logice programabile mijlocii de complexitate mijlocie;4) controlere programabile logice mari de complexitate înaltă;5) computere industriale de automatizare complexă.







Controlere modulare simplificate produc majoritatea companiilor specializate în automatizări industriale (Tab. 2.1). Toate aceste controlere au outilizare în masă pentru sisteme simple de automatizare, de exemplu : pentru pompe, ventilatoare, compresoare, conveiere, macarale, ascensoare simple, staţiide pompare, canalizare, irigare, încălzire, condiţionare a aerului, iluminare

electrică, sere, diferite reclame, sisteme de semnalizare, depozite şi multe altele.Controlere modulare industriale simplificate Tabelul 2.1Com- pania

Sie-mens

Moe-ller

Schnei-der Electric

LovatoElectric

CarloGavazzi ABB Omron

Mitsubi-shiElectric

Tipul Logo Easy ZelioLogic

LRDKinco

Mileni -um

AC010

ZEN Alpha

Ele se programează în limbajul contactelor releelor LAD, sau al elementelor logice fundamentale FBD, sau în ambele limbaje. Programarea lor poate fi

efectuată în 2 variante- cu ajutorul tastelor şi al display-lui panoului propriu (programare directă);- cu ajutorul calculatorului personal, în care este instalat programul specializat.

Programarea la calculator este mult mai efectivă, deoarece pe ecranulmonitorului poate fi văzut tot programul, care poate fi, de asemenea, testat relativsimplu. În primul caz pe display-l controlerului poate fi vizualizat numai un singurelement cu intr ările şi ieşirile lui, de aceea la o programare directă pot fi comisemai multe greşeli. Însă această programare este foarte simplă. În memoriaconstantă EEPROM a controlerului simplificat sunt înscrise 30-40 de funcţii tipicesau microprograme, în număr de la 64-128 , caracteristice pentru elementelefundamentale şi pentru cele mai larg r ăspândite module funcţionale combinaţionaleşi secvenţiale: trighere (bistabile), relee de timp la conectare sau deconectare,taimere să ptămânale şi anuale, număr ătoare, contoare, generatoare, comparatoareanalogice, formatoare de durată a impulsurilor şi altele. Aceste funcţii(microprograme) sunt extrase din memoria constantă şi transferate cu ajutorultastelor în memoria operativă RAM . Apoi prin intermediul aceloraşi taste înaceastă memorie se efectuează toate conexiunile virtuale necesare între intr ările şiieşirile elementelor extrase conform schemei logice elaborate în prealabil deutilizator.

Construcţia şi datele tehnice ale controlerelor simplificate modulare au devenitun standard internaţional. În figura 2.6 sunt reprezentate unele exemple decontrolere simplificate modulare ale unor companii europene şi japoneze Omron,care prevăd un modul de bază cu display de 4 rânduri şi 6-8 taste de programaredirectă, precum şi 6, 8 sau 12 intr ări discrete sau analogice şi 4, 6 sau 8 ieşiri de tipreleu sau tranzistoare. La modulul de bază pot fi cuplate până la 4 module demultiplicare a numărului de intr ări / ieşiri până la 24/16, care sunt de 2 ori maiînguste. Toate modulele au o alimentare de 24 V, în curent continuu, sau 220 V, încurent alternativ. Controlerele LOGO (Siemens) se programează direct în limbajulfuncţiilor logice FBD, Zelio logic (Schneider Electric), EASY (Moeller) şi ZEN(Omron) – în limbajul releelor LAD, iar LRD(Kinco) (Lovato Electric) şiMilenium (Carlo Gavazzi) – în LAD sau FBD (în funcţie de opţiune).




a) LOGO Siemens b) ZELIO LOGIC Schneider Elecztic

c) EASY Moeller d) LRD(Kinco) Lovato Electric

e) MILENIUM Carlo Gavazzi f) ZEN OmronFig. 2.6 Exemple de controlere simplificate industriale modulare ale unor companii




Controlerele programabile logice de automatizare ale sistemelor industriale de ocomplexitate mai înaltă au o nomenclatur ă mai largă de modificaţii şi module, precum şi o programare mai dezvoltată, efectuată numai cu ajutorul calculatorului.Majoritatea companiilor producătoare de astfel de controlere le divizează în 3 clase principale pentru obiecte de automatizare de o complexitate mică, mijlocie şi mare

(Tab.2.2). Ele însă se modernizează continuu, apărând tot mereu noi modificaţii.Controlere industriale logice complexe Tabelul 2.2CompaniaCntrolere

Siemens VIPA OMRON MITSUBISHIELECTRIC

Mici SIMATIC S7 - 200 VIPA 100 CP1H MELSEC FX1N (S)Mijlocii SIMATIC S7 - 300 VIPA 200 CJ 1 MELSEC FX2N (A)

Mari SIMATIC S7 - 400 VIPA 300 CS 1 MELSEC Q (QnA)

În figura 2.7 sunt prezentate clasele principale ale controlerelor programabile

logice complexe SIMATIC S7-200, S7-300 şi S7-400 (f ătă module auxiliare) alecompaniei Siemens, care au următoarele dimensiuni frontale: 80x90mm, 125x120mm şi 290x210 mm. Pentru fiecare clasă a fost elaborată, de asemenea, reţeaua decomunicare corespunzătoare a tuturor componentelor sistemului de automatizare – As-interfeis, PROFIBUS şi INDUSTRIAL ETHERNET. Prima modificaţie S7 -200 prevede în modulele de bază 8-40 intr ări-ieşiri discrete, care pot fi multiplicate prin module adăugătoare până la 256. Modificaţiile S7-300 sunt prevăzute deja cu32-128 intr ări-ieşiri discrete în modulele de bază, însă ele pot fi multiplicate pânăla 1024 şi chiar mai mult. Modificaţiile cele mai puternice S7-400 pot asigura unnumăr practic nelimitat de intr ări-ieşiri discrete şi o capacitate de memorieconstantă şi operativă foarte mare. Ele conţin, de asemenea, un număr mare detaimere şi contoare (256-512). O modificaţie specială S7400H conţine 2 procesoarecentrale şi 2 blocuri de module, care asigur ă o rezervă de 100% - în caz dedefecţiune a unui bloc, celălalt îl înlocuieşte în mod automat. Pentru programareaacestor controlere a fost elaborat un pachet de programe STEP 7 de complexitatediferită, care include şi alte limbaje utile, în afar ă de limbajele de bază, menţionatemai sus LAD, FBD şi STL.

SIMATIC S7-400

SIMATIC S7-300SUMATIC S7-200

Fig. 2.7. Controlere programabile logice modularecomplexe ale companiei Siemens




Controlerele SIMATIC S7 ale companiei Siemens au devenit un standardeuropean, la fel ca şi softul de programare STEP 7, care împreună pot fi utilizate pentru diferite automatizări, începând de la o maşină simplă şi terminând cu ocentrală electrică atomică. Însă compania germană VIPA, fosta filială Siemens, aelaborat o familie compatibilă de controlere modulare VIPA 100. 200 şi 300 (fig.

2.8), care au fost concepute pentru a fi mai simple, compacte şi accesibile după preţ, faţă de controlerele SIMATIC S7. Primele două tipuri se încadrează îngabaritele aparatajului electric modern de comutaţie cu fixare pe o rigletăstandardizată de 35 mm. Pentru programarea lor a fost elaborat un soft maisimplu WinPLC 7, compatibil cu pachetul STEP 7, însă cu posibilităţi mai reduse.

VIPA 100 VIPA 200

VIPA 300 Microcontroler ultrarapid PLC 7000

Fig. 2.8. Controlere programabile logice complexe VIPA 100, 200, 300 şimicrocontroler ultrarapid SPEED 7 PLC 7000 ale companiei germane VIPA

Controlerele VIPA-100 cu 1-4 module adăugătoare de multiplicare a număruluide intr ări-ieşiri pot adresa 8-40 de intr ări - ieşiri discrete, sau 4-24 analogice, deaceea ele se folosesc pentru cele mai simple sisteme de automatizare.Controlerele VIPA-200 cu 1-32 de module adăugătoare de multiplicare pot adresadeja până la 1024 de intr ări-ieşiri discrete sau până la 128 analogice, ceea ce permite utilizarea lor pentru automatizarea sistemelor cu complexitate medie.Timpul de execuţie a unei instrucţiuni logice constituie 0,25 µs.




Controlerele VIPA-300 sunt cele mai performante din această familie, însă nunumai în raport cu numărul maxim de intr ări-ieşiri discrete (1024), ci în ceea ce priveşte rapiditatea lor - modificaţiile VIPA 314S-316S au rapiditate de 10 ori maimare (0,014 mks/operaţie logică. Rapiditatea înaltă a ultimelor modificaţii estedatorată utilizării unui microprocesor special ultrarapid SPEED 7 PLC 7000 cu

184 de picioruşe (pini), elaborat de firma VIPA (fig. 2.8).În figura 2.9 sunt ar ătate cele 3 clase principale de controlere programabilelogice complexe ale companiei japoneze OMRON –CP1, CJ1 şi CS1 cu un număr de intr ări discrete de la 10-40 şi până la 1024-5120. Toate aceste controlere au unsingur soft de programare – CX-.One – în limbajele standardizate europene LADFBD şi STL şi în unele limbaje opţionale adăugătoare, la fel ca şi Step 7. Ele au, deasemenea, o rapiditate înaltă - 0.02-0,1 mks/operaţie simplă,

Fig. 2.9. Clasele controlerelor programabile logice complexe CP1, CJ1 şi CS1 alecompaniei japoneze OMRON

Principiul de cuplare a modulelor de multiplicare CPM1A la modulul de bazăal controlerului CP1H este ar ătat în figura 2.10.

Fig. 2.10. Cuplarea modulelor de multiplicare la modulul de bază CP1H

O particularitate importantă a controlerelor moderne ale companiei OMRON

sunt intr ările discrete de frecvenţă înaltă (0,1-1,0 MHz) pentru prelucrareasemnalelor encoderelor motoarelor de uz general şi comanda analogică a acestor motoare prin interfaţa RS 485 şi convertizoarele de frecvenţă tipice (Fig. 2.11),






Compania OMRON a elaborat, de asemenea, şi controlere ultracompacte depoziţionare CJ1W-NC cu un număr redus de axe – de la 1 la 4. Procesorulcentral CPU al acestor controlere este unic, însă pentru fiecare număr de axe el estecompletat cu un bloc corespunzător de poziţionare (fig. 2.13)

Fig. 2.13. Controler de poziţionare pentru 1-4 axe de tipul CJ1W-NC

Unul din cele mai noi şi mai performante controlere modulare, universale şimultiaxiale (până la 16 axe) de mişcare ale companiei Omron este TRAJEXIA,ar ătat în figura 2.14. Primul modul asigur ă alimentarea controlerului; al doilea -MC16 (Motion Control); al 3-lea – comunicarea în reţeaua MECHATROLINK II;al 4-lea - comunicarea în reţeaua PROFIBUS (Siemens).

Fig. 2.14. Controler universal şi multiaxial de mişcare TRAJEXIA Omron




Acest controler universal compact (70x90 mm) poate funcţiona ca controler de poziţionare, de viteză şi de cuplu, deoarece prevede module de poziţionare şi uninterpolarotor de reglare concomitentă şi coordonată a mai multor axe, poatecomanda până la 8 invertoare obişnuite de frecvenţă, poate fi completat cu modulede multiplicare a numărului de intr ări – ieşiri, poate îndeplini funcţia de osciloscop

Acelaşi clasificare şi principiu constructiv modular îl au şi controlerelelogice MELSEC FX ale companiei japoneze MITSUBISHI ELECTRIC.Specificul acestor controlere constă în posibilitate relativ mare de multiplicare anumărului de intr ări / ieşiri discrete la una şi aceeaşi modificaţie datorită uneimagistrale speciale ultrarapide, ceea ce permite o utilizare mult mai largă şi maiefectivă a ei. O altă particularitate a controlerelor de complexitate mică şi medieconstă în incorporarea unui display mic pentru controlul direct şi afişarea parametrilor principali. În figura 2.15 sunt prezentate 3 tipuri de controlere din primele 2 clase :

cel mai compact – FX1S cu 10/30 intr ări / ieşiri; modificaţia FX2N cu 16-256 intr ări / ieşiri discrete; modificaţia modernizată a celei precedente FX3U cu 16-384 de intr ări /ieşiri discrete şi cu un display mic incorporat.

FX1S FX2N

FX3U

Fig. 2.15. Controlere programabile logice MELSEC FX ale companiei japonezeMITSUBISHI ELECTRIC





2.2 C ONTROLERE PROGRAMABILE SIMPLIFICATE LOGO90

În memoria constantă a versiunii a 3 sunt înscrise 8 funcţii tipice simple înreprezentare simbolică dublă - blocuri logice şi prin conectarea serie-paralel acontactelor normal deschise sau închise a releelor, - grupate în meniul funcţiilor principale (Basic Function – BF ) (fig. 2.17 ) şi 22 de funcţii tipice secvenţiale,grupate în meniul funcţiilor speciale (Special Function – SF ) (fig. 2.19).

Meniul func ţiilor principale (BF) include urm ătoarele 8 elemente logice :1) ŞI (AND),echivalent cu 3 contacte normal-deschise, conectate în serie;2) SAU (OR), echivalent cu 3 contacte normal-deschise, conectate paralel;3) NU (NOT), echivalent cu un contact normal-închis (inversat);4) ŞI-NU (NAND), echivalent cu 3 contacte normal-închise, conectate paralel;5) SAU-NU (NOR), echivalent cu 3 contacte normal-închise, conectate în serie;6) SAU-EXCLUSIV (XOR), echivalent cu 2 contacte comutatoare înseriate,

care permit comanda unui motor sau aprinderea unui bec din 2 locuri diferiteşi exclud comanda concomitentă a lor din ambele locuri ;

7) ŞI (AND) cu 3 intr ări dinamice şi acţionare la fronturi pozitive aleimpulsurilor cu condiţia, ca în ciclul precedent cel puţin o intrare a fost nulă;8) ŞI-NU (NAND) cu 3 intr ări dinamice şi acţionare la fronturi negative .

Fig. 2.17. 8 funcţii tipice de bază în reprezentare simbolică logică dublă

Fiecare element logic se reprezentă printr-un dreptunghi cu intr ările sale principale 1,2,3,4 şi ieşirea Qi, iar în interior este indicat simbol lui specific. Încaz dacă vre-o intrare nu este utilizată, ea se marchează cu indicele x. Principiul defuncţionare al acestor elemente rezultă din schema echivalentă cu contacte,

alăturată lângă fiecare element.În momentul alegerii din memorie a unui bloc, controlerul în numerotează înmod automat BN= 01-56, începând cu B01, pentru a face conexiunile necesare



2.2 C ONTROLERE PROGRAMABILE SIMPLIFICATE LOGO 91

dintre blocuri. Pe display poate fi indicat numai un singur element, de aceea toateintr ările şi ieşirea lui sunt specificate, ca de exemplu 1 element din SF (fig. 2.18 ).

Fig. 2.18. Reprezentarea taimerului cu temporizare programabilă la conectare

Meniul func ţiilor speciale (SF) include urm ătoarele 22 de elemente:1) Releu de timp (taimer) cu temporizare programabilă la conectare;2) Releu de timp (taimer) cu temporizare programabilă la deconectare;3) Bistabil de tip T cu basculare la fiecare impuls de tact de la intrarea Trg. ;4) Taimer programabil să ptămânal cu 3 programe separate ;

5) Bistabil asincron RS, echivalent cu un releu acţionat de un buton, şuntat decontactul normal-deschis al releului pentru autoalimentare;6) Generator comandat de tact cu durată programabilă a impulsurilor ;7) Releu de timp cu temporizare programabilă la conectare şi memorizare a

semnalului de acţionare Trg, ca la bistabilul RS;8) Contor al timpului de funcţionare cu o intrare de referinţă şi alta reală;9) Formator programabil de durată a impulsurilor ;10)Număr ător reversibil de impulsuri ;11) Detector (comparator) de 2 frecvenţe, care acţionează când numărul real de

impulsuri coincide cu cel prescris, durata de numărare fiind programabilă ;12)Generator de impulsuri PWM, durata impulsurilor căruia, precum şi durata

pauzei dintre ele, se programează ;13) Taimer programabil anual ;14) Indicator de mesaj ;15) Releu de timp cu temporizare programabilă la conectare şi la deconectare ;16)Generator de impulsuri cu durată programabilă a impulsurilor şi pauzelor,

însă momentul de basculare este aleatoriu în decursul duratelor programate ;17)Releu multifuncţional de timp, care generează la ieşire de 1 la 9 impulsuri

cu temporizare programabilă, precum şi cu durată programabilă a lor ;18)Bistabil analogic, care măsoar ă semnalul analogic Ax de la intrare, îl

amplifică cu un coeficient programabil A = 0,00-10,00 şi îl însumează cu o




valoare B = 10,00 V, apoi conectează sau deconectează ieşirea Q în funcţie,dacă rezultatul obţinut real este mai mare sau mai mic decât valorile prescrise de conectare On şi de deconectare Off, care, de asemenea, se programează (On = Off = 20,00 V); Acest modul se recomandă pentruacordarea semnalelor de ieşire ale traductoarelor analogice ;

19)Comparator analogic, care măsoar ă deja 2 semnale analogice Ax şi Ay, leamplifică cu un coeficient A şi le însumează cu un semnal B, ca şi în cazul bistabilului analogic, apoi calculează diferenţa a acestor două semnalerezultante, pe care o compar ă cu aceleaşi valori programabile de prescriereOn şi Off, conectând sau deconectând ieşirea Q în funcţie de rezultatulacestor compar ări ; Evident, că acest modul este elaborat pentru realizarearegulatoarelor propor ţionale ale sistemelor de reglare automată ;

20)Taimer pentru iluminarea scărilor, care printr-un impuls scurt Trg aprindelumina pe scări (Q = 1) şi începe temporizarea programabilă, după expirarea

căreea lumina se deconectează în mod automat (Q = 0), iar înainte de aceasta(la jumătate de interval) se emite un semnal scurt de avertizare ;21) Întrerupător multifuncţional, care îmbină funcţia bistabilului T (trecere ieşirii

Q în stare opusă la fiecare impuls scurt Trg), funcţia taimerului precedent cutemporizare TH şi funcţia de iluminare constantă Q=1=const în cazul activăriiintr ării Trg un interval de timp TL, care se anulează la apariţia semnaluluiurmător Trg de durată scurtă ;

22)Tastă comandată de semnalul En, care poate funcţiona şi în calitate deîntrerupător, repetând la ieşirea Q semnalul de intrare Switch .

Notarea convenţională a dreptunghiului acestor elemente este asemănătoare,specifice fiind doar intr ările şi simbolurile interioare. Diagramele de funcţionareale acestor elemente sunt indicate în figura 2.19 , care au următoarea semnificaţie:

- Trg reprezintă semnalul de sincronizare de la intrare (Triggher) ;- En este utilizat ca semnal de permitere a funcţionării modului (Enable) ;- Par reprezintă intrarea de parametrizare, On - conectare, Off - deconectare;- T – intervalul de timp sau temporizare al taimerelor;- S, R – setare şi resetare – instalarea ieşirii în starea Q=1 şi respectivQ=0 :- Ral – resetarea tuturor ieşirilor în stare dezactivată ;- Cnt – intrarea de numărare a impulsurilor număr ătorului (Caunter) ;- Dir – direcţie de numărare a număr ătorului (crescătoare – descrescătoare);- D (day) = M T W T F S zilele să ptămânii pentru taimerul să ptămânal;- MM-DD – luna şi data pentru taimerul anual;- Ta – timpul curent;- MI –intervalul prescris de timp al contorului timpului de funcţionare;- MN –intervalul de timp r ămas până la atingerea timpului prescris;- Ax, Ay , AQ – intr ări şi ieşiri analogice;

Versiunea a 5 a controlerelor LOGO este completată cu încă 2 module de ieşirianalogice AM2 şi de comunicare în reţele CM EIB/KNX, precum şi 3 funcţii :regulator PI, rampă analogică şi multiplexor analogic MUX a unuia din 4 semnale.Modulului AM2 permite controlul temperaturii cu termorezistenţe Pt100 sau al presiunii cu traductoare standardizate 4-20 mA sau 0-10 V.




Fig. 2.19. Diagrame temporale de funcţionare a 22 de funcţii logice speciale




2.2.2 Principii de programare direct ăUnul din regimurile principale ale controlerelor LOGO este regimul de

programare, care presupune alegerea elementelor necesare din memoria constantăşi efectuarea comutaţiilor (conexiunilor) necesare între aceste elemente conformschemei electrice de principiu, elaborate în prealabil. Acest regim este situat primu

în meniul principal Program... şi în submeniul de programare directă „Edit.Prg . ,la care se trece prin tasta OK, iar prin tasta ESC se revine înapoi (fig. 2.20).

Fig. 2.20. Meniurile şi regimurile principale ale controlerelor LOGO

Primul pas al programării apare după intrarea în meniul de programare Edit.Prg cu ajutorul tastei OK (dacă nu este introdusă parola). În acest caz cursorul setransformă într-o linie scurtă, amplasată sub ieşirea Q1 (fig. 2.21, a). În acest passe poate alege prin tastele de derulare a valorilor ▼ sau ▲ una din ieşirile reale

Qi din numărul total Q1-Q16 sau virtuale MJ din numărul total M1-M8, la care seva conecta ieşirea elementul ales odată cu apăsarea tastei OK. În unele cazuri,când se efectuează o conexiune consecutivă a unor elemente interioare, f ăr ă ascoate ieşirile lor la ieşirile reale ale controlerului Qi sau la cele virtuale Mi, nu seapasă în acest pas tasta OK, ci se trece la următorul pas, apăsând tasta◄,

În următorul pas cursorul indicatorului trece în poziţia intr ărilor,transformându-se într-un dreptunghi mic cu o săgeată în interior, care licăreşte,lângă care apare submeniul de efectuare a conexiunilor necesare Co (Conections).(fig. 2.21, b). Acest submeniu însă este primul din cele 3 sau 4 submeniuri, care pot fi alese cu ajutorul tastelor de derulare▼ sau ▲ – Co, BF,SF şi BN. Dacă înacest pas tipul elementului (funcţiei) n-a fost ales încă, nu se apasă OK în




submeniul Co, ci în submeniul BF sau în SF, trecându-se astfel la alegerea funcţieinecesare.

În următorul pas pe display apare primul element din cele 8 de bază (fig. 2.21,c), sau primul din cele 22 de elemente speciale. Prin aceleaşi taste de derulare avalorii se ajunge până la elementul dorit, care se alege prin tasta OK , de

exemplu elementul SAU (fig. 2.21, d ). În rezultat LOGO aduce cursorul de lucrudin nou în submeniul de conexiuni Co pentru a conecta intr ările elementului ales.De data aceasta deja se apasă tasta OK în meniul Co, intrând în pasul următor.

Însă în meniul de conexiuni primul pe listă este semnul x (fig. 2.21, e ), care poatefi ales doar în cazul, dacă intrarea respectivă nu este necesar ă. Presupunem, că eaeste totuşi necesar ă şi trebuie scoasă la intrarea reală I1. Aceasta se alege prinaceleaşi taste – mai întâi de derulare▼▲ , apoi tasta OK (fig. 2.21, f).

După alegerea primei intr ări a elementului ales (SAU) LOGO deplaseazăautomat cursorul în poziţia intr ării următoare (a doua) (fig. 2.21, g ) Aceasta se

alege în mod analogic, intrând prin tasta OK în submeniul de conexiuni Co,derulând cursorul până la I2 şi apăsând din nou OK (fig. 2,21, h ). Dacă celelalteintr ări nu sunt necesare, ele se anulează în mod analogic prin poziţi a x asubmeniului Co (fig. 2.21, i ) În final LOGO se reîntoarce în mod automat în poziţia iniţială pentru a alege următorul element (fig. 2.21, j) .

a) b) c) d)

e) f) g) h)

i) j)Fig. 2.21. Paşii consecutivi de alegere şi programare a unui element logic SAU

La asamblarea schemei de automatizare prin conectarea corespunzătoare aelementelor necesare mai trebuie de avut în vedere următoarele recomandări :




a) dacă cursorul indicatorului este identificat cu o linie scurtă în dreptulintr ărilor sau sub ieşirea Qi, atunci pot fi folosite tastele de deplasare acursorului : în stânga◄ sau în dreapta► , înainte▲ sau înapoi▼ ;

b) dacă cursorul este identificat cu o săgeată verticală, care apare periodicîntr-un dreptunghi haşurat, atunci această poziţie este pregătită pentru

alegerea blocului necesar sau a conexiunilor de intrare prin tasta OK ;c) o ieşire poate fi conectată la mai multe intr ări, însă mai multe ieşiri nutrebuie să fie conectate la o singur ă intrare;

d) conexiunile de reacţie de la ieşirile elementelor viitoare nu suntadmise, deoarece aceasta ar însemna conectarea unei intr ări la o ieşireurmătoare, pe care LOGO încă n-o cunoaşte (în astfel de cazuri trebuiefolosite ieşirile virtuale M1-M8 , numite şi marcatoare ).

După terminarea tuturor conexiunilor, pornirea programului se efectuează prinrevenirea cu ajutorul tastei ESC în meniul principal şi prin selectarea regimului

Start . În acest regim de funcţionare vizualizarea intr ărilor şi ieşirilor reale poate fiefectuată prin tasta de derulare► . În caz de necesitate poate fi modificată parametrizarea unor elemente, intrând prin tasta ESC în regimul de parametrizare(fig. 2.20) şi selectând meniul Set. Param, f ăr ă a opri funcţionarea programului.

Editarea şi corectarea programului, inclusiv introducerea sau ştergerea unuielement adăugător poate fi f ăcută trecând în regimul de programare şi în meniulEdit. Prog. Dacă, de exemplu, în figura 2.21, i este necesar de a introduce un bloc adăugător de temporizare la deconectare între blocul B1 şi blocul de ieşire Q1, prin tasta◄ se aduce c ursorul sub blocul B1 (fig. 2.22, a ). Apoi se apasă tastaOK, după care apare meniul de modificare a numărului blocurilor BN (fig. 2.22,b). Mai departe se derulează până la meniul funcţiilor speciale SF (fig. 2.22, c ), seapasă OK şi se alege taimerul la deconectare (fig. 2.22, d ). Însă înainte de aconfirma acest taimer se aduce cursorul sub intrarea Trg, se apasă Ok şi în meniulBN se înlocuieşte Trg cu blocul B1 (fig. 2.22, e) . Ca urmare, blocul B1 seconectează în mod automat la intrarea blocului de temporizare introdus ,obţinându-se schema finală, ar ătată în figura 2.22, f.

a) b) c) d)

e)Fig. 2.22. Fazele principale de introducere a unui taimer adăugător




2.2.3 Principii de programare la calculator în programul LOGO Soft Confort

Programarea la calculator a controlerelor LOGO cu ajutorul programuluiLOGO Soft Comfort este mult mai simplă şi mai confortabilă decât programareadirectă, deoarece în acest caz pe monitor pot fi amplasate toate elementele din

catalog, precum şi toate elementele schemei de automatizare, alese din acestcatalog şi aranjate conform schemei reale. La început însă trebuie de creat un fişier nou prin meniul File şi opţiunea New, selectând totodată limbajul dorit de programare - FBD sau LAD. În figura 2.23 este ar ătată fereastra principală de programare a programului LOGO Soft Confort V4.0 cu meniurile şi instrumentelenecesare, catalogul în formă de listă sau în simbolurile limbajului FBD, care apar în partea de jos la selectarea grupelor funcţionale GF sau SF. Submeniul Codeschide intr ările I, ieşirile Q, memoriile virtuale M şi alte semnale.

Fig.2.23 Fereastra principală de programare a programului LOGOSoft Comfort V4

Pentru selectarea oricărui element din catalog trebuie mai întâi de intrat însubmeniul de selectare, identificat printr-o săgeată groasă. Apoi se evidenţiazăelementul dorit printr-un simplu clic, ceea ce este echivalent cu apucarea lui, iaramplasarea lui pe masa de lucru se face, de asemenea, printr-un clic obişnuit.Deplasarea unui element ales pe masa de lucru poate fi f ăcută printr-o evidenţiere

prealabilă a lui, cânt apar la colţuri 4 dreptunghiuri roşii mici (fig. 2.23 ), şi printr-otragere simplă a lui în locul dorit cu butonul stâng apăsat. Dacă elementulevidenţiat trebuie şters, se apasă , ca de obicei, tasta Delete .




Conexiunile dintre elementele selectate se efectuează după selectarea lor -consecutiv şi vizibil cu ajutorului cursorului maosului conform schemei reale deautomatizare, utilizând cel de-al doilea submeniu, identificat cu două săgeţi înformă de zig-zag. După aceasta fiecare element funcţional complex trebuie parametrizat, efectuând un dublu clic pe el şi selectând opţiunile dorite din

fereastra, care apare în rezultat. În final schema se testează, selectând penultimulmeniu de simulare, când apar jos intr ările şi ieşirile virtuale pentru vizualizare.

2.2.4 Aplica ţii practice în automatiz ări simple

2.2.4.1 Automatizarea iluminatului sc ărilor cl ădirilor cu multe etaje

Schemele de iluminare a scărilor clădirilor cu multe etaje sunt prevăzute, deobicei, cu o comandă manuală sau / şi automatizată cu fotoreleu, care seara aprinde

automat toate lămpile, iar dimineaţa le stinge. Funcţionarea continuă a lor, întimpul când oamenii dorm, nu este eficientă din cauza consumului neraţional deenergie electrică. Optimizarea acestui consum de energie poate fi obţinută,evident, prin diferite variante de automatizare. Una din ele poate fi realizată prinadăugarea la fotoreleu a unui taimer să ptămânal, care poate să stingă lămpile întimpul nopţii conform unui orar , de exemplu de la miezul nopţii până la ora 6dimineaţa. Însă o astfel de variantă nu-i satisface pe acei oameni, care activează întimpul nopţii.

Controlerul LOGO include mai multe soluţii de rezolvare a acestei probleme.Una din cele mai simple poate fi propusă, dacă în timpul construcţiei clădirii lafiecare etaj şi la intrarea principală a fost prevăzut câte un buton de comandămanuală, care activează o singur ă intrare Trg a bistabilului T (импульсное реле )(fig. 2.24, a ). În acest caz fiecare apăsare de la orice etaj transfer ă regimul defuncţionare al lămpilor de iluminat în stare opusă: dacă sunt stinse, evident seaprind şi invers (fig. 2.24, b ). Dezavantajul acestei soluţii constă în faptul, căoamenii deseori uită să stingă lămpile.

a)

b) c)Fig. 2.24. Variantă de comandă manuală a iluminatului scărilor cu bistabil T




Înlăturarea acestui dezavantaj poate fi obţinută prin utilizarea taimeruluisimplu de scări ( Лестничный автомат – fig. 2.25, a ), inclus în nomenclaturafuncţiilor speciale SF LOGO. La apăsarea oricărui buton din figura 2.24, ctaimerul aprinde lumina pe scări, ţinând-o aprinsă numai un interval programabilde timp T (fig. 2.25, b ). Acest taimer este înzestrat însă cu o funcţie adăugătoare

de avertizare, care constă în deconectarea preliminar ă a luminii pe un intervalscurt TIL. Alegerea acestor intervale de timp se face în regimul de parametrizare ataimerului.

Fig. 2.25. Notarea convenţională şi diagrama de funcţionare a taimerului simplude iluminare a scărilor LOGO

Această soluţie însă are şi ea un dezavantaj – nu permite o iluminare continuă ,necesar ă şi ea în practică, de exemplu în timpul reparaţiilor sau cur ăţeniei. Deaceea compania Siemens a introdus în funcţiile speciale SF încă o variantă detaimer multifuncţional, care îmbină funcţiile variantelor de mai sus (fig. 2.26, a ). :- la apăsări multiple ale butoanelor de etaj iluminatul trece în starea opusă, la felca şi bistabilul T (импульсное реле )) ;- la o singur ă apăsare lumina arde un interval dorit T de timp, fiind stinsă numai pe un interval scurt TIL de avertizare prealabilă;- la o apăsare îndelungată TL, lumina r ămâne aprinsă continuu (fig. 2.26, b )

Fig. 2.26. Notarea convenţională şi diagrama de funcţionare a taimeruluimultifuncţional LOGO de iluminare a scărilor

În timpul de faţă se foloseşte pe larg încă o variantă mai eficientă deautomatizare a iluminatului scărilor - cu traductoare ultasonore de mi şcare , caresunt mai ieftine. Aceste traductoare aprind automat lumina în cazul, când în zonalor de control de 180º sau 360º cineva se mişcă, ţinând-o aprinsă un anumit interval programabil de timp (până la 20 de minute). Astfel de traductoare însă trebuieinstalate câte unul la fiecare etaj, pentru a aprinde automat lumina nu numai laintrarea în casă, ci şi la ieşirea din fiecare apartament. În acest caz consumul deenergie electrică este minim, însă la o c lădire cu multe etaje numărultraductoarelor de mişcare şi preţul lor creşte considerabil.




2.2.4.2 Automatizarea u şilor de intrare în cl ădiri publice

Un alt exemplu de utilizare a controlerelor LOGO poate servi schema simplăde automatizare a uşilor de la intrarea unor magazine, bănci sau aeroporturi.Această schemă trebuie să deschidă automat uşile la apropierea unei persoane, fie

din afar ă, fie din interiorul clădirii, iar după un interval scurt de timp trebuieautomat să le închidă , dacă în zona de control nu se găseşte nici o persoană.Această zonă se controlează cu ajutorul a 2 traductoare ultrasonore B1 şi B2 – unuldin afara clădirii, iar celălalt din interiorul ei. Oprirea motorului de acţionare auşilor în starea complet deschisă sau închisă se efectuează cu ajutorul a 2întrerupătoare de limitare a cursei S1 şi S2. În figura 2.27 este ar ătată schemaclasică de automatizare a uşilor cu contactorul de deschidere K1 şi închidere K2,cu releul intermediar K3 de comandă a acestor contactoare şi releul de timp K4.

Fig. 2.27. Schema clasică de automatizare a uşilor cu relee

Principiul de func ţionare al acestei scheme este simplu. Când în zona decontrol a traductoarelor de mişcare B1 sau B2 apare vre-o persoană, acţioneazăreleul intermediar K3, care printr-un contact normal–deschis dă comandăcontactorului K1 să deschidă uşile, iar prin alt contact se autoalimentează. Ladeschiderea completă a uşilor motorul de acţionare se deconectează prin limitatorul

de cursă la deschidere S2. În momentul ieşirii persoanei din zona traductoarelor B1 sau B2, contactele lor normal-închise alimentează releul de timp K4, care îşiîncepe temporizarea prescrisă a sa. Când acesta din urmă expir ă, contactul normal-închis K4 deconectează releul intermediar K3, ceea ce aduce la acţionareacontactorului de închidere a uşilor K2 şi la deconectarea releului de timp K4. Înmomentul închiderii complete a uşilor limitatorul de cursă la închidere S1deconectează contactorul K2 şi motorul de acţionare a uşilor. În acest momentschema de comandă este trecută în stare de aşteptare, având toate releele şicontactoarele deconectate.

Un astfel de principiu de funcţionare îl are şi schema cu elemente logice (sauîn limbaj FBD), reprezentată în figura 2.28 , care conţine un releu de timp cu otemporizare de 10s la deconectare, 1 element SAU (≥1), la intr ările căruia sunt






electromagnetice KM3, KM5, KM7, iar în figura 2.29, b – schema de comandăclasică a lor cu 3 relee de timp KT2, KT4, KT6 cu temporizare la conectare .

LM

1 KM

3 KM

5 KM

7 KM

AU

1S R

2S R

3S R

3 KM

5 KM

7 KM

1

K M

1 KM

1 KM

2 KT

2 KT 3 KM

3 KM

4 KT

4 KT

5 KM

5 KM

6 KT

6 KT

7 KM

N 0

2

1

02

I 1 I I

1

2

3

4

Fig. 2.29. Schema de pornire reostatică automatizată clasică în 3 trepte cu 3 releede timp

La apăsarea butonului ,,START’’, acţionează mai întâi contactorul de linieKM1, care iniţiază temporizarea releului de timp KT2 şi începe accelerareamotorului pe caracteristica reostatică 1 (fig. 2.29, c ) cu un curent de pornireadmisibil

N ADM S S S

A p I I R R R

U I I 5.22321

1

]După expirarea temporizării releului de timp KT2 şi micşorarea curentului până la valoarea 2 I I , acţionează contactorul KM3, care şuntează 1S R , transfer ămotorul pe caracteristica reostatică 2 şi iniţiază temporizarea releului KT4.Accelerarea motorului pe caracteristicile reostatice 2 şi 3 până la caracteristicanaturală 4 decurge în mod analogic.

Schema de realizare a acestui algoritm cu elemente logice tipice alecontrolerelor programabile LOGO este ar ătată în figura 2.30 . Releele de ieşire Q1-Q4 ale acestor controlere asigur ă comanda directă a contactoarelor de putere KM1-KM4. Releele de timp Kt2, KT4, KT6, realizate de elementele B004, B005, B006la fel ca şi în schema clasică, au o temporizare la conectare . Deoarece aceste releetrebuie să asigure o comandă consecutivă a temporizărilor, ele pot fi unite în serie,când releul următor începe temporizarea în momentul expir ării intervalului detemporizare al releului precedent. Comanda contactorului de linie KM1 seefectuează cu ajutorul butoanelor START şi STOP cu contacte normal deschise,aplicate la intr ările I4-I5, şi a bistabilului SR cu logică pozitivă ON şi cu număr deordine a blocului B003. Contactele normal închise ale contactoarelor de accelerareKM3, KM5, KM7, aplicate la intr ările I1-I3 şi însumate de elementul SAU-NUB001, sunt destinate pentru protecţia şi blocarea schemei de comandă în cazulsudării posibile a contactelor de putere ale contactoarelor în rezultatul unui curentmare în faza precedentă de funcţionare.




Fig. 2.30. Schema de pornire reostatică automatizată în funcţie de timp cuelemente logice tipice ale controlerelor programabile LOGO

2.2.4.4 Comanda automat ă a motoarelor pas cu pas cu 4 faze

Motoarele pas cu pas (MPP ) reprezintă nişte motoare sincrone cu un număr de faze statorice, de regulă, mai mare decât 3 şi cu funcţionare discretă. Statorulconţine nişte poli, asemănători cu polii maşinilor de curent continuu. Rotorul lor poate fi executat în diferite variante - cu magneţi permanenţi sau reactiv (masiv) cu

poli în forma unor dinţi. În ultimul caz MPP nu au nevoie de înf ăşurare de pornire,deoarece curenţii turbionari din miezul rotoric reactiv formează cuplul de pornire.Pentru o rotaţie pas cu pas este necesar ă o deplasare discretă a câmpului

statoric, care se obţine printr-o alimentare consecutivă şi ciclică a fazelor statorice,constituite fiecare din 2 secţii, amplasate pe poli opuşi – o secţie formează polulnord, iar altă - polul sud. În figura 2.31, a este reprezentat un motor cu 4 fazestatorice cu secţiiduble: A1-A2, B1-B2,C1-C2, D1 –D2 ,conectate consecutiv.Ele se conectează laun comutator electronic cu 4tranzistoare şi diodeinverse (fig. 2.31, b ).

a)Fig. 2.31. Motor pas cu pas cu 4 faze (a) şi comutatorul lui electronic (b)

MPP pot avea mai multe principii de comandă secvenţială ciclică, dintre carecel mai simplu este cel unitar – în fiecare moment este alimentată numai o singur ăfază. În cazul unui motor cu 4 faze (m=4) principiul unitar condiţionează îndecursul unei rotaţii depline 8 tacte de comutaţie : 1-2-3-4-(-1)-(-2)-(-3)-(-4)-...




Valoarea unghiului de deplasare a rotorului la fiecare pas este egală cu ά= 360/2m= 45º. Acest unghi poate fi micşorat de 2 ori în cazul, când alimentarea unitar ăalternează cu cea dublă : 1-1,2-2-2,3-3-3,4-4-(4-1)-(-1)-(.-1-.2)–(-2)-(-2-3).(-3)-(-3-4)-(-4)–(-4.1)-....Când sunt alimentate concomitent 2 faze, rotorul ocupă poziţiaintermediar ă dintre ele (2 poli), iar unghiul minim de deplasare

ά = 360/2mq= 360/2x4x2=22,5 º, unde q=2 .Pentru o micşorare şi mai esenţială a unghiuluiά, rotorul se execut ă în formaunor dinţi, unde fiecare pereche de dinţi alcătuieşte un pol. În acest caz

ά=360/ mqz, unde z-numărul de dinţi din rotor.În figura 2.32 este reprezentată o variantă logică de comandă unitar ă ciclică a

MPP cu 4 faze, realizată cu 4 bistabile SR şi 4 relee de timp cu temporizare laconectare. Schema este comandată de 2 butoane – START şi STOP, aplicate laintr ările controlerului I1 şi I2. Fiecare fază este comandată , la rândul ei, de un bistabil SR cu setare (conectare) exterioar ă şi autoresetare (deconectare) după un

interval de timp, egal cu durata necesar ă de alimentare a fazei respective şideterminat de temporizarea dorită a releului de timp. Semnalul de deconectare(resetare) a fazei precedente serveşte totodată ca semnal de conectare (setare) pentru faza următoare. Deoarece acest semnal constituie pentru faza precedentă unsemnal de reacţie, el este memorizat de un releu intermediar virtual M1-M4.Funcţionarea consecutivă şi ciclică 1-2-3-4-1-2-3-4-... se obţine la o conectare aelementelor tuturor fazelor în inel – semnalul de deconectare a ultimei faze (a 4-a)M4 asigur ă restartarea primei faze printr-un element logic de însumare B001 cusemnalul exterior de pornire de la intrarea I1. Deconectarea MPP se efectuează prin butonul STOP şi elementele B002-B005, care resetează toate bistabilele.

Fig. 2.32. Schema de comandă secvenţială ciclică a MPP cu 4 taimere şi 4 trighere




O altă variantă de comandă logică ciclică a MPP cu 4 faze, bazată pe un altalgoritm, este reprezentată în figura 2.33 . Partea de comandă a acestei schemeconţine un generator de impulsuri de o frecvenţă programabilă, un distribuitor (divizor) a acestor impulsuri la 4, constituit dintr-un număr ător digital şi undecodificator, iar partea de for ţă reprezintă un comutator cu tranzistoare (fig . 2.33,

a). Pornirea şi oprirea motorului (generatorului B007) se efectuează cu ajutorul bistabilului SR B008, comandat prin butoanele START şi STOP, aplicate laintr ările I1şi I2 (fig. 2.33, b ). Număr ătorul (divizorul) de impulsuri este alcătuitdin 2 bistabile cu intrare de numărare (de tip T) B010-B011, conectate în serie, deaceea divizarea totală este la 4, deoarece fiecare bistabil divizează frecvenţageneratorului la 2. Instalarea divizorului în starea iniţială 00 se efectuează cuajutorul formatorului de impulsuri scurte B009. Deoarece bistabilele B010, B011n-au ieşiri inverse, ieşirile lor directe se inversează cu ajutorul elementelor deinversare B001-B002. Decodificatorul, realizat prin elementele ŞI B003-B006,

asigur ă o distribuire consecutivă şi ciclică a impulsurilor divizate cătretranzistoarele comutatorului fiecărei faze a motorului. Principiul de distribuire aimpulsurilor se bazează pe selectarea acelor ieşiri directe sau inverse aledivizorului, care au un semnal unitar în tactul respectiv.

a)

Fig. 2.33. Schema de comandă logică ciclică unitar ă a MPP cu generator şidistribuitor de impulsuri

Generator de

impulsuri

Număr ă-tor digital

deimpulsuri

Decodifi-cator deimpulsuri

Comuta-tor cu

tranzis-toare



2.3 Sisteme industriale integrate de automatizare cucontrolere programabile modulare SIMATIC S7

2.3.1 No ţiuni generale

În anii 2000 compania germană Siemens a elaborat o nouă generaţie desisteme industriale de automatizare complexă pentru toate nivelurile posibile(Totally Integreited Automation - TIA ), începând cu cele mai simple, urmândcele de complexitate mică şi medie, şi terminând cu cele mai complicate. Pentrufiecare nivel au fost elaborate o nomenclatur ă variată de dispozitive şiechipamente, atât de putere – motoare şi convertoare electronice de putere, cât şi decomandă – senzori şi traductoare, controlere programabile logice şi panouri graficede vizualizare pentru operator, programatoare şi computere industriale, dispozitivefuncţionale, de funcţionare în reţea, de securitate şi altele. Toate aceste dispozitive

au un concept unic tehnico – economic şi de utilizare universală, se completeazăunele pe altele după funcţiile lor şi sunt compatibile după datele lor tehnice, adicăsunt compatibile şi integrate pe orizontal ă . Ele sunt destinate pentru acţionarea,comanda, protecţia, monitorizarea (controlul) şi automatizarea diferitor mecanisme,maşini, instalaţii tehnologice, energetice, de producţie sau deservire decomplexitate diferită, legate printr-un proces tehnologic unic şi aflate la o distanţămai mică (zeci de metri) sau mai mare (sute de metri) unele faţă de altele . În unelecazuri ele sunt situate la distanţe mult mai mari(de ordinul kilometrilor) , când secomandă prin intermediul undelor electromagnetice radio. O astfel de comandă,care impune utilizarea unor dispozitive corespunzătoare de emisie şi recepţie aundelor electromagnetice de frecvenţă înaltă, este numită telecomand ă . Pentrutelecomunicaţii este folosită, de regulă, reţeaua internaţională de telecomunicaţii prin satelit INTERNET , cunoscută în prezent de toţi. O reţea similar ă şi legată cureţeaua mondială INTERNET a fost elaborată de compania Siemens pentruechipamentele sale de automatizare, care a fost numită INDUSTRIALETHERNET . Evident, că această reţea este destinată pentru nivelul superior deautomatizare şi comunicare industrială. Pentru automatizarea sistemelor industrialede complexitate medie compania Siemens a elaborat o reţea, care a fost numităPROFIBUS (Process Field Bus) , iar pentru instalaţii de complexitate redusă – reţeaua traductoarelor şi a senzorilor AS-Interface (Actuators – Senzors).Celelalte companii mondiale au reţele lor de nivel mijlociu sau inferior, care suntasemănătoare reţelelor companiei Siemens. Există, de asemenea, şi alte reţele - cudestinaţie specială, de exemplu reţeaua EIB pentru echipamentul electric şi dedeservire al clădirilor, sau reţeaua KNX – pentru diferite servicii .Integrarea pe vertical ă a tuturor acestor re ţele a fost realizată prin 2 mijloace:- prin dispozitive electronice de legătur ă (interfaţă ) Link sau mijloace hardware;- prin utilizarea unor controlere programabile şi computere industriale cu un sistemde programare (software) unic şi compatibil pentru toate nivelurile (reţelele). Înfigura 2.34 este ar ătată o prezentare generală a celor 3 nivele ierarhice alesistemelor de automatizare şi a reţelelor lor Industrial Ethernet (PROFINET) (deculoare verde), Profibus (violetă), AS–Interface (galbenă), precum şi a



2.3 S ISTEME INTEGRATE DE AUTOMATIZARE SIMATIC S 7 107

echipamentelor lor principale, care alcătuiesc o familie unic ă , denumităSIMATIC S7 . În sistemele SIMATIC NET (Networking for Industry ) însă şi-au găsit o largă aplicaţie încă 2 reţele mai simple: PPI şi MPI. Interfa ţa PPI(Point to Point Interface ) serveşte pentru a lega reciproc în reţea doar 2dispozitive principale. Ea este destinată pentru cele mai simple controlere

SIMATIC S7-200, sau pentru programarea acestora cu ajutorul unui programator SIMATIC PG. Interfa ţa MPI (Multi Point Interface ) reprezintă o alternativămai simplă şi mai ieftină a reţelei PROFIBUS.

Fig. 2.34. Reţele principale ale sistemelor de automatizare SIMATIC S7






Clasa a III de controlere - cea mai r ăspândită în practică – o reprezintăSIMATIC S7-300, care pot avea o memorie constantă până la 512 kB şi un număr de intr ări /ieşiri discrete până la 8192 /8192 (fig. 2.37 ). Aceste controlere au deja oînălţime puţin mai mare – 125 mm şi se folosesc împreună cu S7-200 pentru nivelulII al sistemelor şi reţelelor de automatizare cu funcţionare în reţeaua PROFIBUS .

Fig. 2.37. Controler SIMATIC S7-300 f ăr ă module suplimentare

Utilizarea largă a controlerelor S7-300 este datorată într-o mare măsur ă şi denumărul mare de module funcţionale (FM) elaborate, necesare în sistemele deautomatizare. Dintre acestea fac parte următoarele tipuri de module principale :- FM 350-1 şi FM 350-2 – număr ătoare de 32 de biţi la ieşire cu 1 canal şi

respectiv cu 8 canale separate galvanic pentru numărarea, măsurarea şi

compararea frecvenţei sau perioadei impulsurilor traductoarelor discrete până la10-20 kHz, care eliberează CPU de aceste funcţii;- CM 35 – formator de durată 1ms-100 min a impulsurilor cu 8 canale;- FM 351 -modul cu 2 canale de poziţionare a unui sistem de acţionare electrică

pe 1-2 axe, care asigur ă deplasarea mecanismului cu o viteză reglabilă şireversibilă, oprindu-se în poziţia prescrisă, măsurată real cu ajutorul unuitraductor analogic sau incremental de poziţie ;

- FM 352 – modul de formare a unei succesiuni de comenzi identice cu cele aleunui controler cu 32, 64 sau 128 de came în funcţie de timp sau în funcţie de

poziţia, măsurată cu un encoder incremental de poziţie ;- FM 353 – modul de poziţionare a motorului pas cu pas, alimentat de la unconvertor electronic discret de putere, f ăr ă traductor de poziţie;

- FM 354 – modul de poziţionare a unui servomotor asincron, alimentat de la unconvertizor de frecvenţă, însă în acest caz poziţia prescrisă se compar ă cu ceareală, măsurată cu ajutorul unui traductor incremental de poziţie ;

- FM 357-2 – modul de poziţionare concomitentă, însă independentă, a 4motoare pas cu pas sau asincrone, alimentate de la convertizoarelecorespunzătoare, ca şi in cazurile modulelor precedente ;

- FM 357 LX – modul de poziţionare interdependentă şi coordonată cu vitezediferite a 4 motoare pas cu pas sau asincrone, ca şi în cazul precedent, utilizândînsă un program special şi 4 traductoare incrementale de poziţie;




- FM STEPDRIVE – modul (convertor) de putere destinat pentru alimentareamotoarelor pas cu pas SIMOSTEP cu puteri 50-600 W, tensiuni 325 V, curenţi1,75-4,75 A şi cupluri 2-15 Nm ;

- FM 355 C – modul pentru reglarea automată propor ţional –integral -diferenţială (PID) a 4 elemente de execuţie cu acţionare electrică continuă în

sistemele tehnologice de stabilizare automată a temperaturii, presiunii,nivelului, debitului şi a altor parametri, măsuraţi cu ajutorul traductoarelor respective ;

- FM 355 S – modul pentru reglarea automată PID a 4 elemente de execuţie cuacţionare electrică discretă în aceleaşi sisteme de stabilizare automată ;

- SM 338 POS – modul de prelucrare şi numărare a semnalelor a 4 traductoareultrasonore de poziţionare, fiecare dintre poate efectua măsur ări în 4 puncte de poziţionare ;

Nomenclatura modulelor funcţionale ale controlerelor S7-400 este puţin mai

mică , însă numărul modulelor de comunicaţie şi interfaţă este mai mare, deoarecede la aceste controlere se cer posibilităţi de comunicare mult mai mari. Ele suntcele mai performante tipuri de controlere ale companiei Siemens, care se utilizeazăîmpreună cu S7-300 în sistemele cele mai sofisticate şi în reţelele PROFIBUS şiINDUSTRIAL ETHERNET. Ele pot avea o memorie constantă până la 20 MB, ocapacitate de calcul foarte mare şi un număr de intri /ieşiri practic nelimitat, însăgabaritele modulelor lor este mai mare - 290x210 mm (fig. 2.38, a ),. ModificaţiileS7-400H (fig. 2.38, b ) conţin câte 2 procesoare centrale şi câte 2 blocuri demodule, prevăzute pentru rezervarea sistemului de automatizare. În caz dedefectare a unui bloc, comanda automat se transfer ă către blocul de rezervă într-untimp foarte scurt (aproximativ în 30 ms ). Evident, că pentru aceasta este necesar ăo sincronizare a celor 2 procesoare, precum şi o autodiagnosticare extinsă şi un program special.

a) b)Fig. 2.38. Controlere programabile SIMATIC S7-400 (a) şi S7-400H (b)




Controlerele duble cu 100 % rezervă măresc substanţial fiabilitatea sistemuluide automatizare, ceea ce în unele cazuri, când nu se admit întreruperi de procesefoarte costisitoare ( de exemplu, la centrale electrice) acest lucru este strict necesar.

Panourile de comand ă şi diagnosticare ale controlerelor S7-300 şi S7-400 , de asemenea, sunt înzestrate cu microprocesoare de 32 de biţi, însă cu o

memorie constantă mai mare – 2-12 MB pentru programele de comandă şi dateleutilizatorului, au dimensiuni mai mari – până la 320x240 mm şi asigur ă mai multefuncţii. În figura 2.39 a,b sunt ar ătate panourile TP-77B şi TP-177B , iar în figura2.39, c,d – panourile MP-270 şi MP-370. Toate aceste panouri sunt grupate într-oclasă separată cu o denumire generală - SIMATIC HMI (Human MachineInterface ), care se împarte în 2 grupe: standardizată şi profesională cu oreprezentare grafică multicolor ă a mecanismelor, maşinilor. aparatelor sau proceselor tehnologice automatizate. Configurarea panourilor operatorului ambelorgrupe (specificarea textelor şi notaţiilor grafice ale elementelor generale ale

panoului conform cerinţelor utilizatorului) se efectuează cu ajutorul unui pachet de programe SIMATIC ProTool , care funcţionează sub sistemul l Windows.

a)

c) d)Fig.2.39. Panouri ale operatorului pentru controlerele SIMATIC S7-300 şi S7-400




2.3.3 Controlere programabile logice combinate

Pe baza controlerelor S7-300 şi S7-400 compania Siamens a elaborat , deasemenea, nişte controlere programabile combinate . Una din cele mai largr ăspândite variante combinate este controlerul SIMATIC C7, care reprezintă o

integrare a unui panou al operatorului în controlerul S7-300 . O astfel de integrare,cu panou în faţă şi controler în spate, asigur ă nu numai afişarea şi diagnosticareadirectă a parametrilor, ci şi micşorarea gabaritelor, maselor şi numărului deconexiuni necesare. Pentru a lărgi domeniile de utilizare, controlerul compact C7este şi el prevăzut cu 5 modificaţii diferite (fig. 2.40 ). Panoul lor are o claviatur ăermetică cu semnalizare interioar ă pentru a rezista la diferiţi factori agresivi.

Fig. 2.40. Modificaţii ale controlerului combinat SIMATIC C7 cu panou integrat

Ca obiecte principale de automatizare ale controlerelor programabile şi ale panourilor lor de comandă servesc, de regulă, liniile tehnologice automatizate .Fiecare din ele includ, la rândul lor, un anumit număr de mecanisme, motoare,convertoare, elemente de execuţie şi traductoare, amplasate, de asemenea, la ooarecare distanţă unele de altele. Comanda tuturor acestor elemente de la un singur controler central (Master), cum se practica în generaţia precedentă a anilor 1990SIMATIC S5, impunea alegerea unui număr foarte mare de module de intrare /

ieşire şi funcţionale, precum şi a unui număr foarte mare de conductoare electricede conexiuni. În generaţia veche fiecare intrare şi ieşire a controlerelor SIMATICS5 avea perechea sa proprie de conductoare, de aceea în cazul unor linii tehnologiccomplexe numărul total de conductoare atingea o cifr ă enormă – mii şi zeci de mii.În afar ă de preţul lor ridicat, toate aceste conductoare la montare mai trebuiau încădistanţate unele de altele sau ecranate în scopul excluderii influenţei reciproce. Deaceea în generaţia modernă SIMATIC S7 a fost elaborat şi implementat un nou principiu de montare şi de repartizare a intr ărilor - ieşirilor controlerelor şielementelor de for ţă de la ieşirea lor, bazat pe principiul transfer ării (decentralizarii)

modulelor de intrare-ieşire la periferie, adică în apropierea nemijlocită amecanismelor, traductoarelor, convertoarelor şi motoarelor locale. Însă pentruaceasta a fost necesar ă elaborarea unor blocuri locale cu microprocesor şi cu




module de intrare-ieşire de tensiune joasă pentru traductoare şi elemente deexecuţie, precum şi cu alte module necesare , inclusiv cu elemente de comutaţie detensiune înaltă pentru alimentarea, comanda şi reglarea automată a motoarelor trifazate cu ajutorul întrerupătoarelor automate, contactoarelor, starterelor de pornire lină cu tiristoare sau convertizoarelor de frecvenţă cu invertoare autonome.

Aceste blocuri locale au fost elaborate, de asemenea pe baza controlerelorSIMATIC S7-300, şi au fost numite sta ţii de intr ări-ie şiri decentralizateperiferice (DP) sau controlere periferice decentralizate , fiind clasate într-o grupăspecială şi notate SIMATIC ET 200 . Ele au mai multe variante compacte deexecuţie (fig. 2.41) cu diferite module componente, care asigur ă nu numai comandaşi alimentarea, ci şi protecţia sau reglarea motoarelor cu puteri până la 5,5-7,5 kWcu ajutorul convertizoarelor, traductoarelor, precum şi montarea şi verificarea lor rapidă. Însă principalul lor avantaj constă în conectarea tuturor controlerelor periferice decentralizate (Slave) la controlerul programabil central (Master) prin

reţeaua comună PROFIBUS (MPI)doar prin câteva conductoare ecranate, sau printr-un cablu cu fibre optice, care îndeplinesc funcţia unei şine de transmitereserială a informaţiilor. Cu o astfel de reţea viteza de transmitere serială ainformaţiilor creşte, atingând 1-12 Mbit/s, iar comanda tuturor dispozitivelor dinreţea se simplifică. Acest principiu de decentralizare periferică, pe lângăminimizarea conductoarelor şi a preţului lor, mai are şi alte avantaje : permite oflexibilitate înaltă de completare şi dezvoltare ulterioar ă a sistemului dejaimplementat, o unificare şi standardizare mai înaltă, o exploatare mai simplă. Nomenclatura şi conectarea staţiilor ET 200 la reţeaua PROFIBUS este ar ătată înfigura 2.41.

Fig.2.41 Nomenclatura şi modul de conectare la reţeaua Profibus a staţiilor ET 200




Componenţa elementelor de comandă şi de for ţă a staţiei ET 200S de conectaredirectă şi de pornire lină a motoarelor cu soft startere este indicată în figura 2.42,a, iar în figura 2.42,b,c sunt ar ătate 2 exemple de utilizare a reţelei de comandă.

a)

b) c)Fig. 2.42. Componenţa echipamentelor şi exemple de utilizare a staţiei ET 200S




În cazul reglării frecvenţiale a motoarelor asincrone cu puteri până la 7.5 kW partea de for ţă a staţiilor ET 200S este constituită din convertoare de frecvenţă (fig.2.43 ). Toate cablurile detensiune înaltă şi de comandăse conectează în partea de

desubt a modulelor staţiei, deaceea ventilatorul convertoruluide frecvenţă (CF) este prevăzutcu o absorbţie frontală aaerului. Partea de for ţă esterelativ compactă, avânddimensiunile principale de156x233 mm. Partea decomandă – controlerul

periferic cu modulul dealimentare de 24 V şi deinterfaţă este amplasată înstânga păr ţii de for ţă. Modulelecontrolerului şi execuţia lor constructivă – IP20 sau IP67 sealeg după necesitate. Fig. 2.43. Controlerul periferic ET 200S cu CF

O altă variantă combinată a controlerelor S7-300 şi S7-400 este cea integratăcu computerele standardizate PC, care a primit denumirea de controlerecomputerizate şi care este notată WinAC (Windows Automation Center) . Înacest caz în calculatorul obişnuit cu sistemul său operaţional Windows XP seintroduce o plachetă cu unul din procesoarele centrale CPU-300 sau CPU-400 şi pachetul de programe STEP 7. În rezultat se obţine o integrare a computeruluiobişnuit cu controlerul S7-300 sau S7-400, ceea ce măreşte substanţial posibilităţile sistemului de automatizare. Însă această integrare o poate face numaicompania SIEMENS şi numai în anumite cazuri, deoarece computerelestandardizate nu sunt prevăzute pentru o funcţionare în condiţii industrialeagresive. De aceea au fost elaborate computere industriale speciale

2.3.4 Re ţeaua de nivel inferior AS-Interface

Specificul re ţelei AS-Interface constă în conectarea tuturor traductoarelor,elementelor de execuţie, bobinelor electromagneţilor doar cu ajutorul a unuiconductor dublu (galben) sau a două conductoare duble (galben şi negru), careasigur ă alimentarea 24V DC şi comanda acestor elemente subordonate (Slave) decătre un controler programabil principal (Master) din reţelele superioare.Impulsurile de comandă de frecvenţă înaltă şi o anumită amplitudine în acest caz se

suprapun peste tensiunea 24 V şi sunt transmise serial cu o anumită viteză.În figura 2.44 este ar ătat principiul general de configurare a acestei reţele,evidenţiată prin culoare galbenă şi conectată la reţelele superioare.




Fig. 2.44. Principiul de configurare a reţelei inferioare AS-Interface

Impulsurile de comandă ale controlerului central sunt recepţionate cu ajutorulunor module electronice locale de intrare-ie şire şi de distribu ţie periferic ă cu4 sau 8 prize frontale de diametru M12 (fig. 2.45) , care le separ ă electric şi letransformă apoi în semnale discrete sau analogice în funcţie de tipul elementelor comandate – controlere simplificate LOGO, traductoare şi senzori, bobinelecontactoarelor, convertizoare de frecvenţă şi altele, O reţea AS-Interface poateavea până la 31 de module periferice de distribuţie, distanţate unele de altele pânăla 100 m. Dacă este necesar un număr mai mare de module sau o distanţă mailungă, se utilizează nişte module adăugătoare, numite Repeater.

Fiecare modul este constituit din 2 păr ţi principale : partea din spate pentrumontaj şi alimentare şi partea electronică frontală de convertire şi separare asemnalelor. La montare şina galbenă de formă trapezoidală, pentru a nu încurca polaritatea tensiunii de alimentare ± 24 V, se fixează în canalul păr ţii din spate. Lacuplarea ambelor păr ţi nişte ace ale păr ţii electronice str ă pung izolaţia şineigalbene, asigurând astfel alimentarea păr ţii electronice şi a traductoarelor sauelementelor de comandă cu un curent mic de consum. Pentru alimentarea bobinelor contactoarelor sau supapelor electromagnetice cu curent de consum multmai mare este prevăzută o sursă mai puternică de alimentare cu 24 V cu o şinăasemănătoare de culoare neagr ă (fig. 2.44, 2.45 ). Fiecare element de comandă seconectează la modul printr-o priză-fişă frontală cu un diametru M12 şi un cabluflexibil cu o lungime până la 12 m. Din cei 5 pini ai fişei de conectare exterioar ă 2sunt prevăzuşi pentru tensiunea de alimentare, 2 - pentru intrare sau ieşire şi al 5-lea – pentru împământare. Starea modulului este semnalizată de nişte diodeluminiscente.




Fig. 2.45. Module periferice de intrare /ieşire ale reţelei AS-Interface

Butoanele, comutatoarele, limitatoarele de cursă, prevăzute pentru ofuncţionare în reţeaua AS-Interface au o construcţie specială, în care este integratun modul electronic intermediar, destinat pentru instalare în dulap sau în panou.(fig. 2.46).

a)

c)

Fig. 2.46. Conectarea butoanelor, comutatoarelor, limitatoarelor de cursă specialela şina AS-Interface cu dispozitive electronice de instalare în panou sau dulap




Blocurile întrerupător automat - contactor de protecţie şi comandă a unui sau 5motoare cu module electronice adăugătoare de interfaţă sunt ar ătate în figura2,47. Aceste module sunt amplasate sub fiecare contactor electromagnetic.

Fig. 2.47. Blocuri de comandă şi protecţie a motoarelor cu module AS-Interface

2.3.5 Re ţele de telecomunica ţii industriale şi de telecomand ă la distan ţă

Controlerele universale S7-300 şi S7-400 se utilizează, de asemenea, şi întelecomunica ţii industriale mobile (Industrial Module Comunication - IMC ),şi în sistemele de telecomand ă de la distan ţă SINAUT TELECONTROL . IMCau ca scop principal înlocuirea conductoarelor electrice sau canalelor cu fibreoptice ale reţelelor industriale SIMATIC NET cu radio reţele (Networks wireless ), în care legătura dintre elementele componente sau operator se efectuează prinunde electromagnetice radio de frecvenţă înaltă.

Au fost elaborate mai multe variante de modulele de telecomunica ţiiindustriale pentru funcţionare în radio reţele cu zone diferite de acces a undelor: – în instalaţii din interiorul clădirilor cu multe etaje şi cu o zonă de emisie-

recepţie până la 30m;- în sisteme industriale locale WLAN (Wireless Local Area Network) cu zonă de

lucru de la 30m până la 300m; – în sisteme de telefonie mobilă GSM cu zone de acces până la 30-50 kilometri.

Telecomunica ţiile industriale sunt destinate, în primul rând, pentruinstalaţiile mobile sau greu accesibile – conveiere, macarale, cărucioare şi altele. Încazul macaralelor de construcţie cu turn înalt, de exemplu, securitatea operatorului poate fi asigurată printr-o telecomandă (prin voce) de jos, f ăr ă a sta în cabina de pevârful turnului. Pentru aceasta compania Siemens a elaborat nişte dispozitive deemisie şi recepţie a radioundelor SCALANCE W-700 cu frecvenţă 2,4 sau 5 GHzşi o zonă de lucru până la 100 m (fig. 2.48).




Fig. 2.48. Principii de telecomunicaţii industriale cu dispozitive SCALANCE W

În cazul, când este necesar ă o zonă de lucru pe o distanţă mai mare de 100m,se pot utiliza mai multe dispozitive de emisie-recepţie cu antene SCALANCE W-700 , distribuite consecutiv pe toată distanţa de lucru , la fel ca şi amplificatoareletelefoniei moderne mobile. Telecomunicaţiile industriale mobile la distanţe decâteva zeci de kilometri cu transmisie prin voce prevăd adăugător nişte dispozitivede recepţie şi transformare a vocii .

În figura 2.49 este reprezentat un

dispozitiv de telecomandăSCALANCE W788 - 1PRO cu 2antene de emisie - recepţie aradioundelor. Există însă modificaţii,de exemplu W788-2PRO, în careantenele sunt înlocuite cu cabluricoaxiale de emisie cu fibre optice cudiametru de 15 mm, precum şimodificaţii cu ambele variante de

emisie a radio undelor.Fig. 2.49. Dispozitiv de telecomandăSCALANCE W788-1PRO cu antene




Telecomanda la distanţe relativ mari poate fi efectuată cu ajutorul reţeleiinternaţionale INTERNET şi a sistemului SINAUT TELECONTROL , care are 2variante independente – SINAUT MICRO şi SINAUT ST7 (fig. 2.50 ).Telecomanda de la distanţe mari ridică flexibilitatea, eficacitatea şi securitateasistemelor de automatizare, simplifică diagnosticarea lor şi deservirea utilizatorilor

de către companiilor producătoare de echipamente şi micşorează costul serviciilor acordate. Un inginer din Germania poate să verifice sau să programeze uncontroler din oricare altă ţar ă.

Evident, că pentru acordarea acestor servicii Siemens are un centru decontrol , dotat cu un sistem de computere în regim de Server şi un sistem decontrolere SIMATIC S7-300 şi S7-400. Pentru efectuarea acestor funcţiicontrolerele programabile de la centrul de deservire şi locale trebuie să includănişte dispozitive speciale – câte un modul de interfaţă telecomandată (TelecontrolInterface Module -TIM) şi câte un Radio Modem de emisie sau recepţie a

datelor (fig. 2.50 ). Compania Siemens a elaborat mai multe variante de moduleTIM şi modeme pentru diferite aplicaţii şi date tehnice, care au nişte dimensiunistandardizate cu PLC S7. Conectarea modemului la modulul TIM se efectuează prin interfaţa RS 232.

Fig. 2.50. Principii de telecomandă la distanţă SINAUT TELECONTROL




2.3.6 Principii de programare ale controlerelor industriale SIMATIC S7

Sistemul de echipamente SIMATIC S7 este conceput ca un sistem universalde automatizare industrială complexă, valabil pentru orice proces tehnologic cufuncţionare după un anumit program. Pentru elaborarea computerizată a

programului utilizatorului şi a tuturor celorlalte etape de proiectare, companiaSiemens a elaborat un pachet de programe , denumit STEP 7 . Fiind instalat într-un computer standardizat PC sau în programatorul specializat notbook SIMATICPG, acest pachet serveşte ca un instrument de proiectare şi programarecomputerizată a tuturor componentelor de automatizare SIMATIC S7. Cuajutorul pachetului STEP 7 la calculator se proiectează şi se programează mai întâiun sistem virtual de automatizare , care să realizeze toate cerinţele sistemului realde automatizare. Apoi programele componentelor virtuale se introduce prin cabluîn memoria controlerelor şi echipamentelor reale, care conţin aceleaşi componente.

Pachetul STEP 7 include mai multe programe de destinaţie diferită :- STEP 7 MICRO , destinat pentru controlerele SIMATIC S7-200;- STEP 7 MINI - pachetul programului de bază (standard), destinat pentru

controlere SIMATIC S7-300, S7-400, C7, ET-200 şi WinAC şi prevăzut cu 3limbaje europene standardizate – LAD, FBD şi STL;

- STEP 7 Lite, variantă simplificată de programare a controlerelor menţionate ;- STEP 7 PROFESIONAL , destinat pentru programarea atât în limbajele

standardizate LAD, FBD şi STL, cât şi pentru programarea grafică sau într-unlimbaj de nivel înalt SCL (de tipul PASCAL), precum şi pentru simularea programelor în toate aceste limbaje, utilizând un program special PLCSIM ;

- SIMATIC S7 ProTool – pachet de programe pentru configurarea panourilor operatorului (OP) cu indicatoare de texte sau grafice;

- Pachet de programe op ţionale (Fuzzy Control, PID Control şi altele) .Fiecare din aceste pachete include, la rândul său, mai multe programe de

executare a celor mai principale operaţii. Pachetul de bază , de exemplu, include : SIMATIC Manager – programul principal, care asigur ă o dirijare a tuturor

componentelor şi subprogramelor sistemului proiectat; Hardware Configuration – subprogramul de selectare şi configurare a

staţiilor (S7-300 sau S7-400), blocurilor şi modulelor lor, adică aparatajului real ; Symbol Editor – subprogramul de editare a tabelului de simboluri şi adrese

pentru toate intr ările şi ieşirile, a tipurilor de date şi comentariilor lor; Programing S7 Blocs – subprogramul de selectare a limbajului, blocurilor,

funcţiilor şi de parametrizare a lor; Comunication – programul de configurare a reţelelor de comunicare ;

Meniurile iniţiale ale programului SIMATIC Manager sunt ar ătate în fig. 2.51.

Fig. 2.51. Meniurile şi instrumentele programului principal SIMATIC Manager




Consecutivitatea etapelor principale de proiectare computerizată a sistemului deautomatizare al utilizatorului cu controlere SIMATIC este ar ătată în figura 2.52 .

Fig. 2.52. Consecutivitatea etapelor de proiectare a sistemului de automatizare

Elaborarea sistemului începe însă cu crearea unui proiect nou , sau deschidereaunui proiect deja creat, în care se memorizează toate datele, referitoare la un sistemconcret de automatizare. Definitivarea proiectului se face prin meniul File ,opţiunile New/Open şi fereastra, în care se cere denumirea lui. Dacă se denumeşte,

de exemplu Proiect 3 , câmpul de lucru se împarte în 2 păr ţi – partea stângă cudenumirea aleasă şi partea dreaptă cu tipul celei mai simple reţele MPI (fig. 2.53 )

Fig, 2.53. Fereastra de definitivare a proiectului sistemului de automatizare

Al doilea pas în structura ierarhică a proiectului este alegerea sta ţiei deconfigurare a modulelor necesare (controlerului S7-300 sau S7-400, PG, PC - caobiect iniţial), care se efectuează prin meniul Insert, şi opţiunea Station. Dacă sealege staţia SIMATIC S7-300, ea apare alături de reţeaua MPI. Apoi ea searanjează în a doua treaptă sub proiect printr-o evidenţiere şi dublu clic (fig. 2.54).

Fig. 2.54. Alegerea staţiei sau controlerului programabil de automatizare

Crearea unui proiect nou sau deschiderea unui proiect deja creat

Selectarea modulelor şi configurarea computerizată a sistemului

Adresarea şi simbolizarea intr ărilor şi ieşirilor controlerului

Selectarea funcţiilor şi programarea modulelor

Introducerea blocurilor programului în memoria controlerului real

Testarea sistemului proiectat în controlerul real şi regim OnLine




În mod analogic se alege prin meniul Insert şi opţiunea Subnet sau Programo altă reţea (de exemplu PROFIBUS) sau următorul obiect iniţial pentru elaborarea programelor necesare S7 Program sau M7 Program , în care sunt incluse mapelegoale ale fişierelor iniţiale (Source ) şi blocurilor de sistem (Blocks) (fig. 2.55 ). Înmapa Source poate fi introdus STL Source file . Pachetul STEP 7 prevede 2

moduri de elaborare a programului: S7 – mai întâi programul şi apoi componentelereale, iar M7 – invers. Toate aceste obiecte se numerotează automat cu numărul 1,deoarece în caz de necesitate pot fi alese şi altele, care vor fi numerotate cunumerele 2, 3 şi aşa mai departe. Fiecărui din ele i se poate atribui un alt nume,faţă de cel propus de SIMATIC Manager, utilizând procedura standardizată printasta← Return .

Fig. 2.55. Selectarea obiectelor structurale iniţiale ale proiectului definitivat

Următorul pas prevede configurarea sta ţiei alese – selectarea din catalog şiaranjarea tuturor modulelor necesare, precum şi setarea parametrilor principali ailor, care se efectuează cu ajutorului subprogramului Hardware Configuration.

Iconiţa acestuia apare în partea dreaptă a zonei de lucru printr-o evidenţiere astaţiei alese (SIMATIC 300(1)). Aceasta din urmă poate să conţină un singur blocde module (1 casetă sau Rack) cu modului procesorului central CPU , sau maimulte blocuri de module (casete) de expansiune (până la 32), comandate de acelaşiCPU prin intermediul modulelor de interfaţă IM. Caseta centrală este denumită, deasemenea, şi casetă universală (Universal Rack – UR1).

Configurarea staţiei începe cu selectarea şi aranjarea modulelor în casetacentrală, f ăcând un dublu clic pe subprogramul Hardware . Ca urmare, apar 3ferestre, cea din dreapta ecranului fiind catalogul de module al controlerelor

SIMATIC S7 (opţiunea Standard) sau al controlerelor VIPA. Dacă în aceastăfereastr ă se selectează caseta Rack 300 şi opţiunea ei Rail din staţia SIMATIC300 , atunci în ferestrele din stânga apar tabelele de configurare a modulelorcasetei (0) UR (fig. 2.56 ). Însă selectarea şi aranjarea modulelor în casetă sau tabel prim dublu clic trebuie efectuate strict într-o anumită ordine, deoarece pentrufiecare loc (slot) este rezervată un anumit modul. Primul loc în casetă, sau primulrând în tabel, este rezervat blocului de alimentare de 24 V Power Suplay (PS 300 )de 2, 5 sau 10 A. Locul (rândul) doi este rezervat modulului procesorului centralCPU 300, după care urmează modulul de interfaţă a casetelor IM 300 . Rândurile(sloturile) 4-11 sunt prevăzute pentru modulele semnalelor analogice şi discrete deintrare-ieşire SM 300. În tabelul de configurare din figura 2.56 este ales, spreexemplu, un bloc de alimentare PS 307 de 5 A, un procesor central CPU 314, un




modul de interfaţă IM 365, câte un modul de semnale analogice de intrare şi ieşireSM 331AI de 14 -16 biţi, câte un modul cu 16 intr ări discrete SM 321 DI de 24 VDC şi 230V AC şi un modul de 8 ieşiri de tip releu SM 322 DO 8xReleu .Aranjarea în tabel a fiecărui modul se face în mod automat la o selectare obişnuităşi un dublu clic pe fiecare modificaţie dorită, care se deschide în catalogul de

module. După alegerea ultimului modul, tabelul de configurare se salvează înmemoria calculatorului prin al 4-lea instrument din stângă.

Fig. 2.56. Tabelurile de configurare a modulelor controlerului SIMATIC S7 300

În tabelul de configurare a modulelor este indicată, de asemenea, adresafiecărui modul, prin intermediul căreea el este accesat de procesorul central.Fiecărui modul i se rezervează 32 de biţi (4 octeţi) de memorie, care sunt completutilizaţi numai de modulele de semnal ale controlerelor SIMATIC S7-400, careconţin până la 32 de biţi. Modulele de semnal ale controlerelor SIMATIC S7-300conţin până la 16 biţi, de aceea în fiecare slot se pierd 2 octeţi de memorie. Adresa, precum şi alte proprietăţi ale fiecărui modul pot fi identificate prin dublu clic pefiecare rând din tabel, sau prin meniul Edit şi opţiunea Object Properties . Untabel general al acestor proprietăţi este indicat de un instrument special AddressOverview ( fig. 2.57 ). În acest tabel sunt indicate intervalele adreselor fiecăruimodul, numărul sertarului (R-Rack) şi numărul slotului (S).




Fig. 2.57. Tabelul general de adresare şi identificare a proprietăţilor modulelor Subprogramul Hardware Configuration prevede, de asemenea, o configurare

a reţelei de automatizare, în componenţa căreea pot intra mai multe controlere(Staţii S7-300 sau S7-400), panouri ale operatorului (OP), DP-staţii ( ET 200 ),subreţele (MPI, PTOFIBUS, INDUSTRIAL ETHERNET). Această configurare seefectuează cu ajutorul subprogramului Configure Neetwork , care poate fi deschis prin peni ultimul instrument sau prin meniul Option →Configure Network , precum şi cu ajutorul catalogului corespunzător (fig. 2.58) . El permite nu numai

configurarea modulelor fiecărei staţii şi subreţele, a conexiunilor dintre ele, ci şi oreprezentare grafică a lor. Principiul de selectare a componentelor reţelei esteasemănător cu principiul de configurare a controlerelor.

Fig. 2.58. Subprogramul Configure Network de configurare a reţelei




Următorul pas în proiectarea sistemului de automatizare îl constituieprogramarea blocurilor, care începe cu simbolizarea şi adresarea intr ărilor-ieşirilor globale ale modulelor alese, care se efectuează, de asemenea, într-untabel, denumit Simbol Table . Acest tabel se deschide prin evidenţierea mapei de programare S7 Program (1) din structura generală a proiectului şi prin dublu clic

pe subprogramul Simbols din fereastra dreaptă (fig. 2.59 ).

Fig. 2.59. Tabelul iniţial de adresare şi simbolizare a intr ărilor-ieşirilor fiecăruimodul

Acest tabel prevede 6 coloane : N de ordine, statutul, denumirea (codificarea)simbolului, adresa lui, tipul datelor şi comentariile corespunzătoare. Statutul indicădestinaţia principală a simbolului – de monitorizare (R), de control a operatorului(O), de mesaj (M), de comunicare (C ) şi de comandă şi contact (CC). Simbolurileţi comentariile se scriu cu caractere mici, iar tipul datelor - cu caractere mari :BOOL (logic de 1 bit), INT (Întreg de 16 biţi), TIMER. Adresarea modulelor se

face pentru fiecare bit, folosind următoarele caractere : pentru intr ări : Ixx.x, de exemplu I12.0 – modulul 12 , bitul 0: pentru ieşiri : Qxx.x, de exemplu Q20.1 – modulul 20, bitul 1: pentru marcatoare ( bit de memorie) Mx, de exemplu M5; pentru taimere : Tx, de exemplu T3 ; pentru contoare : Cx, de exemplu C3.

În cazul adresării unui octet se adaugă litera B (BYTE - 8 biţi), unui cuvânt – litera W (WORD - 16 biţi), unui cuvânt dublu – literele DW (DUBLEWORD – 32 biţi).

Procedeul de editarea tabelului de simboluri este simplu. Mai întâi se înscriefiecare simbol global în celula respectivă, iar apoi – adresa lui. După aceasta sedeschide, printr-un simplu clic pe butonul drept al maosului, meniul de context, încare se alege opţiunea Insert Simbol, care confirmă editarea simbolului . Aceastăconfirmare poate fi f ăcută, de asemenea, şi la sfâr şitul completării tuturor simbolurilor tabelului, dacă se alege modul respectiv – All Simbols în loculUnique Simbole. La sfâr şit tabelul de simboluri şi adrese se salvează .prininstrumentul respsctiv.

Un exemplu de editare a tabelului de simbolizare şi adresare a unui bistabil SR simplu, utilizat pentru o funcţie FC de alegere a regimului de comandă „Automat – Manual”, este ar ătat în figura 2.60. Pentru simbolurile celor 2 intr ări ale bistabilului sunt alese adresele modulelor I 0.5 şi I 0.6, iar pentru ieşirea lui –




modulul Q 4.2. În acest tabel lipsesc comentariile simbolurilor, care nu suntobligatorii, deoarece sunt destinate numai pentru operator, iar programul leneglijează.

Fig. 2.60. Tabel de simbolizare şi adresare a regimului de comandă prin bistabil SR

După aceasta se trece nemijlocit la faza de programare a func ţiilor necesare,

efectuată întru-un anumit limbaj – LAD, STL sau FBD şi prin 2 metode ; prinintermediul blocurilor utilizatorului (Blocks) ( bloc după bloc şi în limbajeleFBD sau LAD) şi al fi şierelor surse (Sources) ( fişier după fişier şi operator textual de program după operator în limbajul STL). Semnalele globale ale schemeide automatizare, utilizate şi valabile pentru toate blocurile, sunt reprezentate în program prin adrese absolute (I0.5, Q4.2 etc) sau prin simboluri (Automatic On,Manual On), conform tabelului de simbolizare de mai sus. În mapa S7 Program poate fi numai un singur tabel de simboluri globale. Utilizarea simbolurilor face programul şi schema de automatizare mai înţelese . În afara simbolurilor globale ,

unele blocuri au unele simboluri specifice numai lor, de aceea ele se numescsimboluri locale .Pentru elaborarea programului în limbajele LAD, FBD şi STL pachetul STEP

7 include un redactor de program (Program Edfitor ). Pentru o programare şiconfigurare mai simplă, toate fişierele programului sunt grupate în blocuriuniversale de date cu intr ări-ieşiri formale, care se specifică când sunt chemate.Aceste blocuri se împart în 3 grupe principale : de sistem, ale utilizatorului şistandardizate. Fiecare din aceste blocuri include mai multe tipuri.

Blocurile de sistem – func ţionale (SFB) , de date (SDB) şi func ţii (SFC)

constituie o parte componentă a sistemului operaţional, de aceea nu pot fischimbate. Blocurile utilizatorului au fost împăr ţite în 5 tipuri : Blocuri organiza ţionale (Organization Blocks - OB N) (N- numărul blocurilor), - blocuri de interfaţă între sistemul operaţional şi programulutilizatorului, care asigur ă ordinea de desf ăşurarea instrucţiunilor şi regimurilor programului (pornirea, întreruperea, funcţionarea ciclică);

Blocuri func ţionale ( Function Blocks -FB N ), destinate pentru programareavariabilelor şi utilizate în perechi cu blocurile de date (DB), numite şi blocuriexemplare (instance ) în calitate de blocuri de memorie a acestor variabile;

Func ţii (Function–FC N) –blocuri cu funcţii constante, care nu se memorizează ;Blocuri de date (Data Blocks –DB N) – blocuri exemplare (locale - pentru unsingur bloc FB) şi globale - pentru memorizarea variabilelor tuturor blocurilor.




Alegerea blocurilor necesare se efectuează în programul SIMATIC Manager prin meniul Insert , opţiunea S7 Bloc şi varianta dorită de bloc : OB, FB, FC, DB,VT (Variable Table). Presupunem, că se alege o funcţie simplă FC, urmată defereastra de definitivare a proprietăţilor ei: numărul FC1, simbolul „Regim decomandă” şi limbajul LAD (fig. 2.61). Confirmarea acestora prin OK plasează

FC1 şi blocul obligatoriu OB1 în mapa proiectului Blocks ( în partea dreaptă – fig. 2.62).

Fig. 2.61. Fereastra de definitivare a proprietăţilor blocului ales FC

Fig. 2.62. Alegerea blocurilor OB1 şi FC1 în mapa Blocks a proiectului 3Apoi se deschide blocul gol FC1 pentru programare, când STEP 7 activează

în mod automat redactorul Program Editor LAD/STL/FBD (fig. 2.63 ), care plasează în partea stângă libr ăria (biblioteca) de selectare a elementelor şi blocurifuncţionale necesare, iar în partea dreaptă – dreptunghiurile pentru denumire,comentarii şi nodul (sectorul) de programare (Network 1 ). Selectarea elementelor din libr ărie se efectuează în mod automat printr-un dublu clic pe elementul ales,fiind evidenţiat, mai întâi, printr-o linie verde locul de destinaţie din sector. Dupăapariţia elementului în nod, prin tasta calculatorului←RETURN , se anuleazăsemnele de întrebare cu roşu şi se înscrie în locul lor adresa din tabelul desimbolizare şi adresare din figura 2.60 . Apoi se apasă tasta ENTER pentruconfirmare. Dacă nu este comisă nici o greşeală, în nod apare în locul adreseisimbolul din tabel, iar în caz contrar – programul avertizează simbolul prin culoareroşie (fig. 2.63 ), blocând posibilitatea de salvare. Dacă totul este corect, funcţia programată se salvează şi se introduce împreună cu alte blocuri în blocul principalOB1, utilizând opţiunile blocurilor respective din aceeaşi bibliotecă şi acelaşi modde selecţie (fig. 2.63).




Fig. 2.63. Programarea funcţiei FC1 în programul blocurilor LAD/STL/FBD

În final toate blocurile se introduc din computer în memoria controlerului real prin instrumentul corespunzător Download, sau prin această comandă a meniuluiPLC, încheindu-se astfel etapa de elaborare a sistemului virtual în regimulOffLine şi trecând la testare şi la regimul de funcţionare OnLine al controleruluireal. Denumirea proiectului pe monitorul computerului în regim OnLine apare înculoare verde . Pachetul STEP 7 prevede 2 variante de testare : în regim OnLinecu programul introdus în controlerul real şi în regim OffLine ( autonom) în cazulutilizării softului special PLCSIM, care prevede o modelare a controlerului real.

În meniul PLC este prevăzută o opţiune de diagnosticare a echipamentului(Hardware Diagnostics ) în caz de apariţie a unor defecţiuni sau deconectări .

Pachetul STEP 7 conţine mai multe programe, blocuri standardizate de sistem,funcţii şi posibilităţi, inclusiv un tabel de monitorizare (vizualizare) şi modificarea variabilelor cu ajutorul tabelului Variable Table în scopul testării programului.Dintre blocurile standardizate de sistem o utilizare mai largă o are blocurileSFB41- SFB43 PID Control Parameter Assignment pentru diferite regulatoarePID .

Blocul SFB41 (FB41) asigur ă o reglare PID analogică (continue - „CONTC”), iar SFB42 (FB42) – o reglare PID analogo-discretă („CONT S”- Step) pentru elemente de execuţie integratoare (robinet sau vană în conducte ). Eletrebuie să fie accesate de CPU cu un anumit interval de timp (ciclu =1ms) cuajutorul blocurilor de funcţionare ciclică OB30 (OB38 ). În figura 2.6 4 regulatorulPID SFB41 este ar ătat în formă de bloc împreună cu blocul de date DB30 , care seutilizează în mod automat ca tampon (bufer) pentru memorizarea temporar ă a

semnalelor variabile de intrare şi ieşire.




Fig. 2.64. Notarea blocului funcţional SFB41 „CONT C” de reglare continue PID

Schema funcţională a regulatorului analogic PID de sistem SFB41 este ar ătatăîn figura 2.65 . Semnalul de prescriere interioar ă al lui SP INT (Setpoint Internal)este aplicat în format real, iar cel de reacţie negativă a variabilei procesului (PV ) poate fi aplicat în 2 formate: real - PV IN sau digital de 16 biţi (WORD) - VPPER. Acesta din urmă se transformă în unităţi relative (%) în diapazonul -100%...+100 % .




, precum şi se normalizează – PV NORM prin înmulţirea cu coeficientul PV FACsau PV OFF în scopul compar ării cu semnalul de prescriere. În caz de necesitatediferenţa (eroarea) celor 2 semnale de intrare este trecută prin filtrul DEADB W .Cele 3 componente reale (analogice) – propor ţională GAIN , integrală INT şidiferenţială DIF sunt conectate paralel, de aceea regulatorul PID poate fi uşor transformat în regulator P, I, PI, PD prin semnalele discrete de comandă P SEL, ISEL şi D SEL. Ieşirea de comandă a regulatorului LMN este trecută printr-uncomutator de întrerupere a buclei şi instalare a regimului manual (MAN), printr-olimitare LMN LIMIT superioar ă HLM şi inferioar ă LMN , şi o transformareinversă.

Fig. 2.65. Schema funcţională a blocului SFB41 CONT de reglare PID continuă

Conectarea unei funcţii PWM la ieşirea regulatorului PID continuu îltransformă în regulator PID discret cu modulaţie în durată a impulsurilor, realizatde SFB43.




Schema funcţională a regulatorului PI analogo-discret (bipoziţional) SFB42(FB42 )„CONT S ” este reprezentată în figura 2.66 . Semnalele de intrare, detransformare relativă şi de calculare a erorii ER dintre semnalul de prescriere SPINT şi variabila procesului tehnologic PV( de exemplu, presiune sau temperatur ă),sunt realizate în mod analogic, ca şi în schema precedentă. Însă acest regulator este

completat cu unele dispozitive de transformare a semnalului continuu (erorii) însemnal discret bipoziţional QLMN UP (deschidere ) sau QLMN DN (închidere )şi de apreciere indirectă a poziţiei organului de reglare – vanei sau robinetului destrangulare a unei conducte cu lichid sau gaz. Poziţiile extremale ale acestui organsunt controlate direct prin limitatoarele de cursă : LMNR HS (complet deschis) şiLMNR LS (complet închis).

Fig. 2.66. Schema funcţională a regulatorului PI discret SFB42 (FB42) „CONT S”




Elementul principal al blocului este regulatorul tripoziţional THREE ST , laintrarea căruia se aplică eroarea analogică ER , î nsă acest regulator nu asigur ă oreglare directă şi individuală a elementului integral de execuţie, deoarece în acestcaz sistemul ar funcţiona în regim de oscilaţii între valorile extremale cu o eroarefoarte mare a variabilei procesului tehnologic. De aceea acest regulator este inclus

într-o buclă interioar ă adăugătoare de poziţionare a organului de reglare dinconductă, însă f ăr ă măsurarea directă a poziţiei acestui organ, ci printr-o apreciereindirectă a ei. Reglarea discretă a acestei poziţii cu o frecvenţă, capabilă să asigureo precizie satisf ăcătoare de stabilizare a valorii impuse, este efectuată cu ajutorulunui generator de impulsuri PULSE OUT. Acesta din urmă este comandat, larândul său, fie de regulatorul tripoziţional în buclă închisă şi în regimAUTOMAT, fie de semnalele LMN UP (deschidere) sau LMN DN (închidere)în regim manual MAN şi buclă deschisă. Aceste regimuri pot fi alese princomutatorul LMNS ON .

Aşadar, blocul SFB42 include în acest caz o reglare în cascad ă a 2parametri prin 2 bucle : bucla exterioar ă de reglare analogică a variabilei procesului tehnologic, de exemplu a temperaturii agentului termic cu regulator pur propor ţional (P) de temperatur ă cu un coeficient de amplificare GAIN, şi buclainterioar ă de poziţionare analogo-discretă a robinetului sau vanei de strangulare asecţiunii conductei reţelei termice cu regulator tripoziţional . Acesta din urmă esterealizat cu zonă de histerezis, care influenţează asupra frecvenţei de funcţionare a buclei interioare. Semnalul de reacţie negativă a acestei bucle (de închidere-deschidere reală a supapei) nu poate fi măsurat direct, de aceea el se identificăindirect printr-o simulare temporizată (integrată) a valorilor ±100 % în timpulimpulsurilor generatorului, sau 0 % - în timpul pauzelor dintre impulsuri.

Sistemul de reglare funcţionează în felul următor. Presupunem, că el se află înstare de echilibru cu un semnal nul la ieşirea regulatorului tripoziţional, iar caurmare cu o stare deconectată a motorului supapei de reglare a secţiunii conductei.Dacă se aplică, de exemplu, o creştere a semnalului de prescriere a temperaturiiSP INT , atunci eroarea pozitivă ER>0 transfer ă regulatorul THREE ST în stareade creştere a debitului conductei LMN UP , iar generatorul PULSE OUT începesă aplice la ieşirea QLMN UP impulsuri cu o durată de 3s, care conectează periodic motorul supapei în sensul de deschidere a acestea. La intrareaintegratorului INT din circuitul de reacţie a buclei interioare este aplicat,semnalul de deschidere maximă 100 % a supapei în momentele de aplicaţie aimpulsurilor generatorului către motorul de acţionare a acestei supape. Constantade timp a integratorului în raport cu acest semnal este egală cu timpul defuncţionare a motorului dintr-o poziţie extremă până în cealaltă poziţie extremă, deexemplu TMT= 30 s, întrucât semnalul aplicat este de 100 %, fiind întrerupt doar de pauzele dintre impulsuri. Ca urmare, semnalul de la ieşirea integratorului repetă practic poziţia reală a supapei, iar când eroarea de temperatur ă se micşorează pânăaproape de zero, regulatorul tripoziţional trece în starea zero, blocând generatorulşi motorul organului de reglare a conductei. Însă în acest caz semnalul de reacţie a poziţiei simulate devine egal cu zero, de aceea regulatorul este menţinut în stareade echilibru printr-o aplicare a semnalului ER la ambele lui intr ări.



2.4 VIPA – controlere germane compatibile cu SIMATIC S7

2.4.1 Particularităţ i şi componente principale

În 1985 o filială germană a companiei Siemens din oraşul Herzogenaurach s-a

separat de această corporaţie gigantică şi a înfiinţat o întreprindere mică şiflexibilă sub numele de VIPA GmbH. Ea şi-a continuat activitatea sa în acelaşidomeniu, devenind astfel un concurent al companiei Siemens. Inginerii de laVIPA, fiind conştienţi de această concurenţă aspr ă, unde piaţa şi cumpăr ătoruldetermină existenţa oricărei întreprinderi, au înţeles, că pot supravieţui numai dacăvor crea nişte controlere mai performante decât cele ale companiei - mame.Punându-şi tot efortul în această direcţie şi cunoscând foarte bine avantajele şidezavantajele controlerelor SIMATIC, în anii 1990 VIPA a scos pe piaţă niştecontrolere relativ compacte, însă cu 15-20 % mai ieftine. Ţinănd cont totodată demonopolia de pe piaţa europeană a echipamentelor Siemens, controlerele VIPA aufost concepute să fie compatibile cu SIMATIC S7 şi elaborate pentru aceleaşi 4 sau5 clase de complexitate diferită. Aceste clase au fost indicate în paragraful 1 alacestui capitol, în care au fost specificate tipurile principale ale controlerelorVIPA:100, 200, 300, 300S şi 500S, ultima clasă fiind pentru computere industriale(în prezent a apărut o nouă generaţie de astfel de controlere).

Particularităţ i principale ale controlerelor VIPA faţă de SIMATIC S7: modificaţiile VIPA 100 şi VIPA 200 au o constucţie compactă cu montare pe rigleta standardizată DIN 35 mm (fig. 2.67);

modificaţiile VIPA 300S şi VIPA 500S sunt mai rapide datorită utilizăriimicrocontrolerelor ultrarapide Speed7 PLC 7000 (fig. 2.8) ;

sunt cu 15-20% mai ieftine, însă preţurile reale de pe piaţă constituiedeseori o conjuctur ă de compromis dintre producător şi cumpăr ător, careeste schimbătoare;

permit o conectare la computator f ăr ă adaptor special – printr-o interfaţăMP2I şi un cablu standardizat RS 232 (de culoare verde), însă acest cablucostă 50 Euro şi trebuie cumpărat separat;

Conectoarele intr ărilor/ ieşirilor sunt demontabile şi permit o conectare aconductoarelor exterioare f ăr ă înşurubare, fiind contactate de o prujină;

Sunt compatibile cu controlerele SIMATIC S7 în ceea ce priveşte programarea şi sistemul de instrucţiuni, adică pot fi programate atât cuSoftware VIPA WinPLC 7, cât şi cu pachetul SIMATIC STEP 7;

Comparând programul WinPLC 7 al controlerelor VIPA cu SIMATICSTEP 7, se poate de menţionat următoarele particularităţi :

Programarea în WinPLC 7 are la bază aceleaşi principii, însă este puţin maisimplă faţă de programarea în STEP 7, deoarece include mai puţine funcţii şi posibilităţi;

preţul de cost al programului WinPLC 7 constituie 430 Euro, (versiuneasimplificată WinPLC 7 Demo fiind gratuită), pe când cel mai simplu program STEP 7 Lite costă 1600 Euro, iar versiunea STEP 7 Demo – 50Euro;



2.4 C ONTROLERE PROGRAMABILE MODULARE VIPA 135

Progamul WinPLC 7 permite o simulare simplă a programului în regimOffLine, adică f ăr ă controler real, conectat la computator;

Procesoarele centrale CPU 112, 114, 115, 116 (fig. 2.67) sunt cele mai simpleşi mai compacte controlere VIPA, cu utilizare centralizată şi decentralizată(periferică DP), cu memorie16/24 kB, cu 256 taimere/contoare, cu 8192 merkere,

1024 blocuri funcţionale, 2048 blocuri de date, cu un număr minim de intr ări/ieşiridiecrete de la 8 (12)/ 8(4) şi până la 16(20)/8(4) şi 4 intr ări analogice şi cudimensiuni 102x76x48 mm sau 152x76x48 mm.

Fig. 2.67. Procesoare centrale CPU ale celor mai simple controlere VIPA-100

Comutatorul de comandă, diodele de semnalizare, conectoarele de interfaţă şialimentare ale procesorului CPU 115 şi semnificaţia lor sunt ar ătate în figura 2.68.

Fig. 2.68 Elementele de comandă, semnalizare, interfaţă şi alimentare ale CPU 115



2.4 C ONTROLERE PROGRAMABILE MODULARE VIPA136

Alimentarea acestor procesoare se efectuează de la o sursă exterioar ă de tensiunecontinuă =24 V. Conectorul de interfaţă este notat prin MP2I, deoarece el îmbină 2interfeţe - MPI şi RS232 (de culoare verde), ceea ce permite conectarea directă acontrolerului VIPA la computator. Procesorul CPU116 DP cu funcţionare în reţeaProfibus mai include încă un conector cu 9 pini – DP (fig. 2.67, d).

La procesoarele CPU pot fi adăugate până la 4 module EM 123 demultiplicare a numărului de intr ări / ieşiri, precum şi module SM 151-153 defuncţionare în reţea Profibus sau CANopen. Unele module de intrare /ieşire suntcombinate – DIO, în care 4 ieşiri pot fi folosite fie ca ieşiri, fie ca intr ări ( X5 în fig2.69). Ambele însă trebuie alimentate de la o sursă exterioar ă de tensiune continuă=24 V, bornele 10 fiind prevăzute pentru minus -24 V. Bornele 1 ale ieşirilor trebuie conectate numaidecât la +24 V.

Fig. 2.69. Conectarea exterioar ă a intr ărilor / ieşirilor controlerelor VIPA-114

Semnificaţia pinilor 1-10 şi a biţilor 0-7 ai unui modul de intrare discretă DI şiai unui modul combinat de intrare / ieşire DIO sunt reprezentate în figura 2.70.

Fig. 2.70. Semnificaţia pinilor modulelor de intrare discretă DI şi intrare / ieşireDIO




Circuitele interioare ale fiecărei intr ări şi ieşiri sunt separate galvanic decircuitele exterioare prin optocuploare cu fototranzistoare (fig. 2.71. Activareafiecărei intr ări / ieşiri este semnalizată de o diodă luminiscentă LED, amplasată îndreptul ei . Releul reprezentat la fiecare ieşire nu este interior, ci exterior.

Fig. 2.71. Scheme de principiu ale modulelor de intrare şi ieşire ale controlerelor

Clasa a 2 de controlere VIPA o constituie VIPA-200, care au aceleaşi principii,însă sunt prevăzute deja cu o memorie operativă şi constantă deja mai mare – 48-128 / 80-192 kB şi cu o posibilitate de conectare până la 32 de module adăugătoareîntr-un rând, care să poată controla 100-1000 intr ări / ieşiri. Ele sunt înzestrate cu baterii acumulatoare de litiu, care pot menţine funcţionarea programului dinmemoria operativă până la 30 de zile. În calitate de memorie exterioar ă pentru păstrarea programelor şi datelor pot fi folosite cartele de memorie – flash MMC.

Tr ăsătura principală a controlerelor VIPA-200 o constituie nomenclaturarelativ mare a procesoarelor centrale CPU şi a modulelor adăugă toare – funcţionale (FM), de multiplicare a semnalelor de intrare /ieşire (SM) şi decomunicare în reţea (IM) (fig. 2.73). Toată această nomenclatur ă asigur ă outilizare universală a controlerelor VIPA. De exemplu, modulele de comunicare permit o funcţionare practic în toate reţele companiilor principale de producere aechipamentelor de automatizare – Siemens, Schneider Electric, Moeller,ABB, Telemecanique şi altele.

O altă particularitate acontrolerelor VIPA-200 constă în posibilitatea simplă de conectare adispozitivelor periferice cu ajutorulmodulelor speciale de interfaţă IM-208DP, IM-208CAN, procesoarelor decomunicare CP-240 şi procesoarelor periferice conduse (Slave) – CPU-21xDP, CPU-21xDPM, CPU-21xCAN(fig. 2.72). Acestea din urmă pot

îndeplini diferite funcţii locale decomandă, eliberând astfel procesorulcentral Master de executarea lor şi mărind Fig. 2.72




rapiditatea acestuia, micşorând totodată volumul de informaţii transmise prin reţea.Ele conţin, pe lângă interfaţa M2PI, câte un conector adăugător de interfaţă DPPROFIBUS pentru conectarea până la 32 de dispozitive periferice – Slave. Aşadar, procesoarele periferice menţionate constituie o alternativă mai simplă şi f ăr ăelemente de putere a staţiilor (controlerelor) periferice SIMATIC ET 200 ale

companiei Siemens. Compania VIPA a elaborat, de asemenea, şi nişte module deinterfaţă IM-253 NET şi procesoare CPU-21x NET pentru o comunicare în reţeauaIndustrial Ethernet (Internet), tot mai larg utilizată în prezent.

Fig. 2.73. Nomenclatura procesoarelor şi modulelor controlerelor VIPA-200




Cea mai performantă este clasa controlerelor VIPA-300 şi VIPA 300S cumemorie de lucru (operativă) şi de programe 96–512kB şi 32kB-8Mb, cu ovarietate mare de procesoare centrale CPU şi cu module de intrare / ieşireconstructiv identice cu modulele corespunzătoare ale controlerelor SIMATIC S7-300 şi SIMATIC ET-200 (fig. 2.74). Ele pot fi programate atât cu programul

WinPLC 7 (VIPA), cât şi cu STEP 7 (Siemens).

Fig. 2.74. Controler programabil logic ultrarapid VIPA – 300S

Procesoarele acestor controlere sunt destinate deja pentru un regim Master,atât în sisteme centralizate, cât şi periferice (DP) , în reţele Profibus şi IndustrialEthernet. Schemele modulelor de intrare - ieşire sunt ar ătate în figura 2.75.

Fig. 2.75. Scheme de conexiuni exterioare ale modulelor de intrare/ieşireVIPA300




Compania VIPA a elaborat pentru controlerele sale mai multe clase de panouriale operatorului (OP), luând ca obiective de bază aceleaşi criterii : pe de o parte,să fie cât mai simple şi mai ieftine, iar pe de altă parte - cât mai performante din punct de vedere tehnic şi al dizainului constructiv. În figura 2.76 este ar ătat unuldin panourile de bază – OP3 cu

indicator de cristale lichide cu 2rânduri a câte 20 de semne pentrutexte şi cifre, cu 8 taste de sistem,5 taste funcţionale F1-F5 (1-5) şi10 taste pentru cifre le zecimale 0-9. Configurarea OP3 în 5 limbieuropene poate fi f ăcută cuajutorul programului VIPA OPManager sau ProTool/Lite Siemens. Fig. 2.76. Panoul operatorului VIPA OP-3

Controlerul VIPA-100, integrat în panoul OP3, reprezintă unul din cele maicompacte controlere combinatede automatizare , care a primitdenumirea de CC - 03(Comander Compact).

În figura 2.77 este prezentatun panou grafic de o clasă maisuperioar ă - HMI-320 cu 8x20de caractere, 16 culori,13/28/11 taste de sistem,funcţionale şi zecimale, iar înfigura 2.78 - panoul graficmulticolor senzorial (touch panel) HMI-505. Fig. 2.77. Panoul grafic al operatului HMI-320

Fig. 2.78. Panoul grafic multicolor senzorial al operatorului VIPA HMI-505




2.4.2 Principii şi etape principale de programare computerizată

Controlerele VIPA, fiind compatibile cu SIMATIC S7, au la bază aceleaşi principii generale de programare, posedând doar unele particularităţi neînsemnate,care au fost introduse în scopul simplificării lor. Consecutivitatea etapelor

principale de proiectare computerizată a sistemelor de automatizare cu controlereVIPA în versiunea 4 a softului WinPLC7, pe baza schemelor de automatizare,elaborate de utilizator, este indicată în figura 2.79. Denumirea şi numărul acestor etape generale puţin se deosebesc faţă de cele ale controlerelor SIMATIC S7 (fig.2.52), la fel ca şi conţinutul şi modul de realizare al lor. Versiunea 4 a programuluiWinPLC7 Demo (gratuită şi cu unele limitări), spre deosebire de versiunea precedentă 3, conţine mai multe funcţii, posibilităţi şi regimuri (programare,diagnosticare, simulare), inclusiv programarea controlerelor SIMATIC S7-300 şiS7 400 şi invers: programarea controlerelor VIPA cu ajutorul pachetului STEP 7.

În afar ă de aceasta, versiunea 4 are o explicaţie (HELP) mai clar ă şi mai reuşită,fiind concretizată cu diferite exemple de utilizare practică.

Fig. 2.79. Consecutivitatea etapelor principale de proiectare computerizată asistemelor de automatizare cu controlere VIPA în softul WinPLC7 V4

Crearea / deschiderea unui proiect nou sau a unui subproiect

Selectarea modulelor necesare şi configurarea controlerului

Editarea tabelului de simboluri şi adresarea intr ărilor - ieşirilor

Selectarea funcţiilor necesare şi programarea blocurilor

Testarea programului elaborat în blocul OB1 şi regimul OffLine

Introducerea programului în controlerul real şi testarea în regimOnLine

Monitorizarea şi modificarea variabilelor şi adreselor




Versiunile 4 WinPLC7 prevăd o altă consecutivitate de creare a unui proiectnou sau deschidere a unui proiect (subproiect) deja creat. Ea începe odată custartul programului prin fereastra, care apare în mod automat şi care solicităutilizatorului alegerea dorită. Evident, că este prevăzută şi varianta alternativă decreare sau deschidere a proiectului prin meniul File şi opţiunea Open/Create

project, din care rezultă fereastra de selectare din figura 2.80. În caz de creare a proiectului nou, se apasă butonul Новый проект , care solicită printr-o fereastr ămică denumirea lui, de exemplu TEST 1, care trebuie apoi salvată, de exemplu prin meniul File → Save as ... . Un proiect conţine, de regulă, unul sau mai multesubproiecte, utilizate în sisteme de automatizare cu mai multe controlere. Fiecaresubproiect prevede programul său individual pentru controlerul respectiv.

Fig. 2.80.Fereastra de deschidere /creare a proiectului în programul WinPLC7 V4

Structura şi componenţa de bază (masa de lucru) a programului WinPLC7V4 – meniurile şi instrumentele principale (în partea de sus), proiectul deschisTEST 1, subproiectele lui, conţinutul lor pe scurt şi butoanele subprogramelor principale (în partea stângă), câmpul de lucru (în centru), catalogul de elemente şifuncţii, panoul virtual de comandă START/STOP (în partea dreaptă) ale acestuisoft sunt prezentate în figura 2.81. Subprogramele (Managerele) etapelor principale de proiectare în această versiune au, în comparaţie cu versiunea precedentă, nume diferite şi simboluri mai mici - în forma unor butoane, în particular :




OB1 – subprogramul de deschidere a blocului organizaţional principal OB1 – blocul de comandă şi funcţionare ciclică a programului, în care sunt introdusetoate blocurile şi funcţiile;

- Список обьектов (Object s list) – lista obiectelor (blocurilor) proiectului, deschiderea cărora se face prin clic pe butonul stâng, iar crearea şicorectarea fiecărui bloc – prin clic pe butonul drept (de context) al maosului;

– Таблица обозначений (Simbol Table ) - subprogramul de editare atabelului simbolurilor intr ărilor şi ieşirilor (Symbolic Editor);

- Состояние переменных ( Status/Modify variable) - subprogramul demonitorizare şi modificare a mărimilor (intr ărilor) variabile();

X – Список перекрестных ссылок ( Setup cross reference) – lista(tabelul) referirilor prescurtate cu privire la orice adresă –în care bloc sau în carefuncţie este utilizată;

-Моделирование шаблона

PLC (PLC Mask-Simulation) – simularea machetei ( şablonului) controlerului cu modulul central CPU şimodulele de intrare-ieşire;

- Глобальный буфер обмена ( Global Clipboard) – copierea unui bloc, nod sau rând STL în acest bufer (tampon) pentru introducere înt alt proiect:

- Taблица распределения (Assignment or Conection diagram) – tabel de informare referitor la biţii, octeţii şi cuvintele de 16 biţi ale porturilor deintrare-ieşire, celulelor de memorie, taimerelor, contoarelor, utilizate în program.

Fig. 2.81. Structura şi componenţa de bază a programului WinPLC7 V4 în TEST 1




2.4.3 Selectarea modulelor şi configurarea controlerelor

Pentru efectuarea acestei operaţii Programul WinPLC7 este prevăzut cusubprogram special – Hardware Configurator, la fel ca şi pachetul STEP7 alcompaniei Siemens. Acest subprogram este activat prin instrumentul corespunzător

sau meniul PLC → Hardware Configurator şi obiectul de comandă TargetExternal RS 232. El poate asigura configurarea controlerelor VIPA 100, VIPA200, SIMATIC S7-300 sau VIPA 300V şi VIPA Speed7 (fig. 2.82).

Fig. 2.82. Fereastra de selectare a controlerului pentru configurarea modulelor

Presupunem, că este ales controlerul VIPA System 100V prin evidenţierea luiîn ambele ochiuri ale ferestrei şi apăsarea butonului Create . Ca urmare, în parteadreaptă se deschide catalogul familiei VIPA 100, din care se alege mai întâi

procesorul central CPU 114, iar în partea stângă apare tabelul de configurare cu poziţiile sale pentru fiecare modul, numit slot ( fig. 2.83) .

Fig. 2.83. Fereastra de selectare a procesorului central CPU 114




Din această fereastr ă se alege apoi modificaţia acestuia 6BJ02DIO24, care printr-un dublu clic se introduce automat în tabelul de configurare din figura 2.84.(Versiunea 4.10a WinPLC7 Demo nu permite această configurare, ci numaiversiunea licenţiată) .

Fig. 2.84. Tabelul de configurare al controlerului VIPA1146BJ02DIO24Identificarea proprietăţilor principale (capacitatea de memorie 16kb, interfaţa

MPI, viteza de transmitere a informaţiilor etc) ale procesorului central ales seefectuează apoi prin fereastra de dialog, deschisă printr-un dublu clic pe slotul(rândul) 0 (fig. 2.85). Configurarea modulelor incorporate de intrare –ieşire aleacestui procesor se face prin butonul „Special CPU Properties” din aceastăfereastr ă de dialog. În final tabelul de configurare se salvează.

Fig. 2.85. Fereastra de setare a proprietăţilor procesorului central

Principiul de configurare a modulelor controlerelor SIMATIC S7-300 în programul WinPLC7 este aproximativ acelaşi, ca şi în programul STEP 7, descrisîn paragraful precedent.




2.4.4 Exemplu de programare şi testare a unei funcţii logice simple

Pentru început să analizăm aceste operaţii pentru o schemă simplă deaprindere a unei lămpi din 2 locuri diferite, excluzând aprinderea din ambelelocuri, conform funcţiei simple SAU EXCLUSIV. Evident, că pentru aceasta sunt

necesare 2 intr ări – 2 întrerupătoare : de jos I JOS şi de sus I SUS şi o singur ăieşire pentru lampa de pe scări LAMPA 1. Pentru simbolizarea şi adresareafiecărei intr ări şi ieşiri a acestei scheme se apasă butonul subprogramuluiТаблица обозначений (Simbol Table ) sau varianta lui alternativă din meniulВид →Редактор обозначений în subproiectul TEST 1. În rezultat acest redactor afişează tabelul iniţial de editare a simbolurilor şi adreselor lor (fig. 2.86).

Fig. 2.86. Tabelul iniţial de editare şi adresare a intr ărilor – ieşirilor

Editarea tabelului începe cu adresarea primei intr ări, selectând pentru ea primacelulă Адрес , care se colorează automat în culoare albastr ă (de evidenţiere). În

continuare se apasă butonul tastaturii computatorului RETURN← , carecondiţionează ştergerea fonului albastru şi plasarea cursorului în această celulă, încare se înscrie adresa primei intr ări – I 0.0 ( bitul 0 al modulului intr ărilor discrete I0). Pentru confirmarea acestei adrese se apasă butonul ENTER, care o denumeştedupă standardul german E 0.0, scrie în celula de simboluri Sym 0.0 , iar în coloanaТип indică automat tipul logic BOOL al acestui simbol. După aceasta seevidenţiază în mod analogic celulaОбозначение a adresei definite, se apasă butonul RETURN← şi se înscrie simbolul ei I JOS, confirmându-l prin ENTER.În mod analogic se completează rândul intr ării I SUS şi ieşirii LAMPA 1 rezervată pentru adresa Q 0.0, care apoi este denumită în standardul german A0.0 (fig. 2.87).În final tabelul se salvează în memorie prin instrumentul cu semn roşu sau Ctrl+S.

Fig. 2.87. Tabelul de simboluri şi adrese al subproiectului TEST 1




Funcţionarea ciclică a oricărui sistem de automatizare, alcătuit în caz generaldin mai multe blocuri şi funcţii, este asigurată de către blocul organizaţional principal OB1, în care se introductoate blocurile. În cazul unei schemecu o singur ă funcţie – SAU

EXCLUSIV - programarea ei poatefi f ăcută direct în blocul OB1, însăacest bloc trebuie mai întâi creat(selectat). Pentru aceasta se alegeopţiunea Файл →Создать новыйблок , se scrie în fereastra apărutăde dialog denumirea blocului OB1şi se apasă butonul OK (fig. 2.88).

Fig. 2.88. Fereastra de deschidere a blocului OB1

Ca urmare, apare funcţia OB1 cu tabelul său de sistem, catalogul de selectare aelementelor necesare în partea dreaptă şi zona de programare în centru, prevăzutăcu un dreptunghi pentru denumirea subblocului component, un dreptunghi pentrudenumirea 1 nod (Network 1) al acestui subbloc şi un dreptunghi pentruconfigurarea elementelor necesare (fig. 2.89). La începutul programării se alegelimbajul de programare (FBD) şi se evidenţiază printr-un clic simplu dreptunghiulde programare, ceea ce conduce la umplerea lui cu o matrice de punctişoare mici.

Fig. 2.89. Fereastra iniţială de deschidere a blocului organizaţional OB1




Apoi se alege din catalog funcţia necesar ă SAU EXCLUSIV=XOR din mapaБитовая логика. Această funcţie se transfer ă apoi în mod automat în zona punctată de programare prin dublu clic, având intr ările şi ieşirea nespecificate prin4 semne roşii de întrebare (fig. 2.90, a). O intrare însă este evidenţiată prin culoarealbastr ă, de la care se începe configurarea, efectuată conform tabelului de

simboluri şi adrese din figura 2.87. Conform acestui tabel , intrarea evidenţiatătrebuie conectată la bitul 0 al modulului de intr ări discrete E0.0. Pentru aceasta seapasă mai întâi tasta ENTER , ceea ce conduce la deplasarea suprafeţei haşurate înstânga şi apariţia unei zone libere (fig. 2.90, b). Apoi se apasă tasta RETURN← ,care anulează haşurarea şi aduce cursorul în prima poziţie pentru a putea fi f ăcutăadresarea (fig. 2.90, c). În această zonă se înscrie adresa primei intr ări E 0.0 şi seapasă tasta ENTER (fig. 2.90, d). Ca urmare, adresa înscrisă se înlocuieşte în modautomat cu simbolul ei – I JOS , iar cursorul trece la cea de-a 2 intrare (fig. 290,e). Adresarea ei se face în mod analogic (fig. 2.90, f) .

Pentru adresarea ieşirii funcţiei XOR, este necesar ă mai întâi o evidenţiere aei, o selectare din catalog a funcţiei de identificare şi un dublu clic pe aceastadin urmă, care este transferată automat în zona de configurare (fig. 2.90,g). Apoi seapasă tastele ENTER şi RETURN şi se înscrie adresa din tabel A 0.0 (fig. 2.90,h). În final se apasă din nou tasta ENTER (fig. 2.90, i), şi se salvează blocul OB1.

a) b) c)

d) e) f)

g) h) i)Fig. 2.90. Principii de configurare şi programare ale funcţiei XOR




Testarea programului poate fi f ăcută în 2 variante – în simulatorul programuluiWinPLC7 Обьект симулятор (Target Simulator) sau în controlerul real. Pentruaceasta blocul OB1, împreună cu alte blocuri existente, trebuie transferat însimulator sau în controlerul real. Programul WinPLC7 ofer ă mai multe posibilităţi pentru aceasta : prin

instrumentul -Передать все блоки (Sendall blocks) de pe bara deinstrumente rapide sau prinmeniul PLC→Передать всеблоки. În fereastra, carerezultă din această operaţietrebuie de evidenţiat bloculOB1 şi de apăsat butonul OK (fig, 2,91). Fig. 2.91. Fereastra de transfer a blocului OB1în PLC

După revenirea în blocul OB1, se apasă instrumentele de eliberare a spaţiului desimulare -Скрыть таблицу переменных ; de deschidere a biţilor 0-7 ai porturilor (modulelor virtuale) de intrare PEB şi de ieşire PAB - Показатьокно представления процесса şi de pornire-stopare a regimului de simulare

- Наблюдение ВКЛ \ВЫКЛ . Ca urmare, se obţine imaginea de testare şisimulare a funcţiei OB1din figura 2.92.

Fig. 2.92. Tabloul de testare a funcţiei OB1 în simulatorul programului WinPLC7




Testarea programului schemei de aprindere a unei lămpi din 2 locuri (funcţieiXOR) se efectuează prin activarea intr ărilor utilizate ale portului simulatoruluiPEB0.0 – PEB0.1, urmată de înroşirea lor, şi vizualizarea stării bitului portului deieşire PAB0.0. Dacă acesta din urmă se aprinde conform algoritmului teoretic defuncţionare – lampa se aprinde fie prin întrerupătorul I SUS (fig. 2.93, a), fie prin

întrerupătorul I JOS (fig. 2.93, b), deconectându-se la activarea ambelor întrerupătoare (fig. 2.93, c), înseamnă că programarea este corectă (fig. 2.93).

a) b) c)Fig. 2.93. Testarea programului analizat în simulatorul programului WinPLC7

În cazul testării programului în controlerul real transferul blocurilor Send allblocks se face prin obiectulОбьект RS232 (Target RS232), utilizând, deasemenea, un panou artificial de comandă START/STOP (Operating mode) aloperatorului, care se deschide prin meniul PLC→Режим работы ( fig. 2.94).Pornirea şi oprirea regimului de testare în acest caz se face prin butoaneleГорячий перезапуск şi Останов PLC .

Fig. 2.94. Panoul virtual de comandă START/STOP în regim de testare a programului în controlerul real




2.4.5 Exemplu de programare şi testare a unei funcţii logice complexe

În continuare se propune un exemplu de programare a unui regim de comandăsecvenţială reversibilă şi ciclică a motorului maşinii casnice de spălat rufe. Înfigura 2.95 este reprezentată schema regimului de spălare, care asigur ă în fiecare

ciclu rotirea tamburului maşinii timp de 12 s în sens direct (Înainte), urmată de opauză de 3 s şi de o rotire inversă (Înapoi) cu aceeaşi durată de 12 s. Timpurile defuncţionare directă şi inversă sunt obţinute cu ajutorul a 2 taimere B003-B004 cutemporizare la conectare şi f ăr ă memorizare a semnalului de comandă, iar pauzelede timp înainte de inversare sunt asigurate de 2 taimere B005-B006 cu temporizarela conectare şi cu memorizare a semnalului scurt de comandă. Schema prevede 4intr ări şi 2 ieşiri: I1,I4 – pentru semnalele de pornire şi oprire; I2 – blocarea în cazde deschidere a uşii de introducere a rufelor; I3 – protecţia termică a motorului ;Q1-Q2 – ieşirile de mers înainte şi înapoi .

Comanda se efectuează cu ajutorul RS- bistabilelor B001-B002, la ieşireacărora sunt introduse 2 marcatoare (M) adăugătoare pentru a putea realizaconexiunile de reacţie de la intrarea taimerelor B003 şi B004. Interblocarearegimurilor de mers Înainte / Înapoi se realizează cu ajutorul elementelor deinversare B013-B014. Dacă capacul este închis şi I2=1, atunci la apăsarea butonului I1 Start, peste 3 secunde, se acţionează bistabilul B001 şi mersulÎnainte. Durata lui este determinată de temporizarea 12,00s a taimerului B003. Înmomentul expir ării ei bistabilul de mers Înainte B003 se resetează, iar taimerul depauză B006 se activează. Când temporizarea acestuia se termină, se acţionează bistabilul B002, mersul Înapoi (Q2) şi taimerul său de autoresetare B004. Dupăexpirarea temporizării acestuia, mersul Înapoi se deconectează şi se porneştetaimerul de pauză B005 pentru a pregăti acţionarea ciclului următor. Când expir ătemporizarea 12.00s a taimerului B004, prin elementul SAU B011 se resetează bistabilul de mers Înapoi B002, iar prin elementul SAU B012 se activeazătaimerul de pauză B005 şi ciclul următor. Dacă I2=0, funcţionarea se blochează.

Fig. 2.95. Schema de comandă reversibilă şi ciclică a motorului maşinii de spălat




Această schemă a fost elaborată şi testată mai întâi în softul controlerelor simplificate LOGO (Siemens). Nomenclatura elementelor şi funcţiilor softurilor STEP 7 (Siemens) şi WinPLC 7 (Vipa) este mult mai bogată, iar notarea unora şiaceleaşi elemente este diferită. În figura 2.96 sunt prezentate principalele tipuri detaimere ale acestor programe şi diagramele lor de funcţionare. Două tipuri din

aceste taimere trebuie utilizate în schema analizată mai sus : – S ODT cu temporizare la conectare (On) şi semnale de activare statică (switch);- S ODTS cu temporizare la conectare şi cu semnale de activare dinamică (de

durată scurtă, de exemplu prin apăsarea unui buton) ) .Semnificaţia celorlalte taimere este următoarea :

S OFFDT – taimer cu temporizarea la deconectare (Off), S PULSE - taimer de impulsuri – temporizarea lui se termină în cazul, când

semnalul de intrare S trece în 0; S PEXT – taimer de impulsuri alungite(Extended Pulse), care se deosebeşte

de cel precedent prin continuarea temporizării după restabilirea S =1 .

Fig. 2.96. Taimerele principale ale softurilor STEP7 şi WinPLC7 şi diagramele lor

Aceste taimere prevăd o intrare separată TV pentru parametrizarea intervaluluide temporizare, indicat în secunde (5s) după codul S5T#. Conform principiului

schemei de mai sus şi diagramelor de funcţionare ale taimerelor, pentrutemporizarea timpului de mers direct D sau invers I trebuie alese taimerele SODT, iar pentru timpurile de pauză – taimerele cu intrare dinamică S ODTS.




Programarea schemei se face prin deschiderea (crearea) unui alt proiect -Comanda maşinii de spălat, indicat în figura 2.80 şi prezentat în figura 2.97.

Fig. 2.97. Elementele de bază ale proiectului ”Comanda maşinii de spălat”Deschiderea tabelului de simbolizare şi adresare a intrărilor-ieşirilor

globale poate fi f ăcută prin 2 variante : activând direct subprogramul (Таблицаобозначений ), sau opţiunea respectivă din meniulВид ( View) (fig. 2.98).

Fig. 2.98. Deschiderea tabelului de simbolizare şi adresare a intr ărilor-ieşirilor

Principiul de editare al acestui tabel este acelaşi ca şi în exemplul precedent dinfigurile 2.86-2.87. Pentru fiecare intrare şi ieşire se rezervează, mai întâi. o adresăa modulului respectiv, care se completează în coloanaАдрес , ştergând în prealabil

fonul albastru prin tasta RETURN← . Confirmarea completării se face printr-oapăsare a tastei ENTER . Taimerele se adresează prin litera T cu numărul respectivde ordine. După terminarea tuturor simbolurilor, tabelul se memorizează, apăsând




butonul Save sau Ctrl+S. Făcând toate aceste operaţii, în final obţinem tabelul dinfigura 2.99.

Fig. 2.99. Tabelul de simboluri şi adrese ale intr ărilor, ieşirilor şi taimerelor schemei de automatizare a maşinii de spălat.

Întrucât schema logică de automatizare este relativ complexă, la programareeste necesar ă o divizare a ei în por ţiuni mai mici, numite noduri, care senumerotează Network 1,2,3, iar nodurile interdependente se grupează în blocuri defuncţii constante (FC N) . Divizarea se face în aşa fel, încât fiecare element deexecuţie, mecanism principal sau merker trebuie să aibă nodul său propriu.

Comanda automată a motorului maşinii în regim de spălare şi prespălare, se poate reprezenta printr-un singur bloc FC1 cu 2 noduri (Network1- Network2),corespunzătoare rotirii în sens direct şi invers. În realitate automatizarea totală amaşinii de spălat include şi alte regimuri, fiecare dintre ele trebuie să aibă bloculsău propriu, de exemplu: regimul de muiere a rufelor - blocul FC2, regimul declătire – FC3, regimul de centrifugare automată – FC4, regimul manual decentrifugare – FC5, alegerea regimurilor – FC6 etc.

Crearea blocului FC1 poate fi iniţiată, de asemenea, prin 2 variantealternative : prin opţiunea Файл →Создать новый блок şi prin fereastra

corespunzătoare din figura 2.88, sau prin selectarea subprogramului -Список обьектов (Objects list ), a meniului său SYMBOLIC SEQ, opţiunilor de context (prin butonul drept)New (Новый ), Block (OB. FB, FC,DB.UDT) şiaceeaşi fereastr ă. În rezultat se deschide zona de programare a blocului gol FC1,în care se înscrie numele lui – REGIM DE SPALARE şi numele primului nodNetwork 1 - Rotirea motorului în sens direct (fig. 2.100). Dacă catalogul deselectare a elementelor necesare lipseşte, el poate fi deschis prin meniulВид .opţiunile Вид şi Каталог . În partea de sus a blocului FC1 este plasat un tabel(header) de specificare a parametrilor locali de intrare (In), ieşire (Out), intrare-

ieşire (In-Out) şi de temporizare (Temp) a acestui bloc. Principiul de completare aacestui tabel este asemănător cu cel al tabelului de simbolizare, editat mai sus.




Fig. 2.100. Deschiderea şi definirea blocului gol FC1 şi a primului său nod

Configurarea şi programarea primului nod în limbajul FBD constă înasamblarea schemei lui de principiu, care constituie o parte din schema totală dinfigura 2.95, selectând consecutiv câte un element din catalog şi conectând maiîntâi intr ările şi ieşirile legate consecutiv conform acestei scheme. Conectareaintr ărilor – ieşirilor r ămase suspendate se face în etapa doua, conform schemei de principiu şi tabelului de simboluri şi adrese.

La început, înainte de prima selectare, trebuie de evidenţiat zona de lucru anodului, care în acest caz devine complet haşurată cu multe puncte mici. Apoi seselectează consecutiv câte un element din catalog, evidenţiindu-l mai întâi şif ăcând dublu clic pe el, ceea ce asigur ă o transferare automată a lui în zona delucru a nodului, sau la intrarea / ieşirea evidenţiată în prealabil a unui element dejaselectat. Pentru fiecare adresare sau denumire sunt necesari următorii paşi :

se evidenţiază mai întâi intrarea / ieşirea, care trebuie adresată sau denumită se apasă Enter, ceea ce deplasează intrarea / ieşirea evidenţiată în stânga; se apasă tasta „Return ←”, care şterge fonul albastru pentru a putea fiscrisă adresa, denumirea elementului sau temporizarea taimerului;

după adresare sau denumire se apasă din nou tasta Enter, care confirmă,dacă totul a fost f ăcut corect (în cazul unei greşeli simbolul respectiv devineroşu, necesitând o corectare imediată a ei).

Taimerele şi bistabilele necesită o denumire conform tabelul de simboluri .




În figura 2.101 sunt reprezentaţi toţi paşii de selectare consecutivă şi deconexiune par ţială a elementelor primului nod de rotire a motorului în sens direct.

Fig. 2.101. Faze de selectare consecutivă şi conexiune par ţială a elementelor I nod






Fig. 2.103. Structura generală a blocului OB1 cu programul proiectului deautomatizare introdus prin blocul FC1

Testarea programului elaborat începe cu activarea continuă a semnalului de

închidere a uşii maşinii de spălat de la intrarea PEB 0.1 şi aplicarea se scurtădurată butonului Start de la intrarea PEB 0.0. Ca urmare, peste 3s se aprindeindicatorul roşu PAB 0.0 de semnalizare a rotirii motorului în sens direct (fig.2.104, a). Peste 12s acest indicator se stinge, urmat de o pauză de 3s (fig. 2.104. b).După aceasta se aprinde indicatorul PAB0.1 de semnalizare a rotirii motorului însens invers (fig. 104, c), r ămânând activat, de asemenea, 12s. Apoi urmeazăurmătorul ciclu identic. La apăsarea butonului Stop (activarea scurtă a butonuluiPEB0.3), motorul se opreşte (fig. 2.104, d). Acelaşi lucru se întâmplă în caz dedeschidere a uşii de încărcare a rufelor, sau în caz de acţionare a protecţiei de la

intrarea PEB 0.2 .

a) b) c) d)Fig. 2.104. Panoul de testare a programului maşinii de spălat în diferite intervale




2.4.6 Exemplu de programare automatizată în limbajul STL

În continuare este ales un exemplu specific de programare tipică, propus deWinPLC7 V4 Demo, pentru sisteme de comandă ale unor mecanisme de poziţionare, strunguri, roboţi şi manipulatoare, imprimante sau motoare pas cu pas

cu funcţionare secvenţială şi ciclică. În figura 2.105 este ar ătat un astfel demecanism în varianta unui graif ăr (gripper) , care trebuie să asigure deplasareaconsecutivă şi ciclică a unor cutii din poziţia A în poziţia B. El este prevăzut cu unmecanism de ridicare-coborâre a graif ărului, de apucare-eliberare a cutiei(închidere-deschidere a graif ărului), precum şi de deplasare orizontală a lui pe ogrindă metalică. Fiecare din aceste 3 mecanisme de acţionare este deconectat în poziţia finală de limitatoarele sale de cursă cu contacte normal-deschise : S1-S2 pentru deplasarea pe verticală, S3-S4 pentru deplasarea pe orizontală şi S5-S6 pentru închiderea-deschiderea graif ărului. Controlul din partea operatorului este

prevăzut cu un buton normal-deschis On de conectare a tensiunii de alimentare, un buton normal-închis Off de deconectare a acestei tensiuni, un buton normal-deschis Start şi o lampă de semnalizare a tensiunii de alimentare Control in On .

Fig. 2.105. Faze de deplasare şi elemente de automatizare ale graif ărului

Un ciclu de funcţionare al graif ărului din poziţia iniţială, ar ătată în figura 2.105,include 8 paşi ( steps) sau operaţii diferite de funcţionare :

1. Coborârea graif ărului gol, posibilă dacă el se află în poziţia iniţială şidacă este dată comanda Start, şi desf ăşurată până la activarea contactuluinormal-deschis al limitatorului S2 „Coborâre maximă”.

2. Închiderea graif ărului şi apucarea cutiei, iniţiată la încheierea fazei precedente şi desf ăşurată până la activarea limitatorului de cursă S6„Închidere sigur ă”

3. Ridicarea graif ărului încărcat după terminarea etapei precedente şi pânăla activarea întrerupătorului normal-deschis S1 ”Ridicare maximă”.

4. Deplasarea graif ărului în dreapta, pornită la încheierea fazei precedenteşi stopată de limitatorul de cursă S4 „Deplasare maximă dreapta”.




5. Coborârea graif ărului încărcat, iniţiată la terminarea etapei precedente şiîncheiată de limitatorul de cursă maximă S2, Coborâre maximă”.

6. Deschiderea graif ărului şi eliberarea cutiei în poziţia finală B, întreruptăde contactul limitatorului S5 ”Deschidere maximă”;

7. Ridicarea graif ărului gol, pornită, de asemenea, la terminarea fazei

precedente şi stopată de limitatorul S1 „Ridicare maximă”.8. Deplasarea graif ărului gol în stânga, până în poziţia iniţială alimitatorului S3 „Deplasare maximă stânga”.

Programarea acestor paşi poate fi f ăcută în mai multe variante. Varianta tipicăse bazează pe principiile, descrise în subparagrafele precedente, începând , deexemplu, cu editarea prealabilă a unui tabel de simboluri şi adrese (fig. 2.106).

Fig. 2.106. Tabelul de simbolizare şi adresare a intr ărilor-ieşirilor sistemului deautomatizare al graif ărului analizat

Însă programul WinPLC7 V4 mai propune, de asemenea, o variantă

automatizată de programare a acestui sistem, utilizând un subprogram special,denumit Redactor de secvenţe – Мастер последовательности операций(Sequencer wizard), care nu era în versiunile 3. El prevede o memorizare afiecărui pas (step) secvenţial într-o celulă de memorie sau flag Mx.x al unui blocFCx, precum şi o resetare a pasul precedent prin aceeaşi comandă, care lansează pasul următor. Fiecare pas prevede nodul (segmentul) său propriu de program(Network x), care trebuie să aibă titlul şi comentariul său individual. Acest principiu poate fi utilizat şi pentru blocuri funcţionale de variabile FBx, însoţite de blocuri de date DBx ca dispozitive de memorie. Însă programarea trebuie f ăcută

într-un subproiect separat, f ăr ă alte blocuri organizaţionale OB, deoareceredactorul asigur ă o alegere şi programare automatizată a tuturor blocurilor,inclusiv a blocului de funcţionare ciclică OB1,de start OB100 şi de comandă FC1.




Redactorul de secvenţe se deschide prin meniulДополнения şi opţiuneaМастер последовательности операций . El prevede 4 operaţii iniţiale de pregătire a programării automatizate, indicate prin butoane de opţiune :Настройки, Последоательность операций, Таблица символов, Создатьпоследовательность операций (fig. 2.107). Prima din aceste operaţii este

destinată setării adreselor intr ărilor de comandă On/Off .

Fig. 2.107. Fereastra de setare a adreselor intr ărilor-ieşirii de comandă On/Off După aceasta se apasă butonul Последовательность операций de setare a

adreselor flagului de ieşire, denumirii, comentariilor şi condiţiilor logice pentrufiecare pas, începând cu Pasul 1, care se deschide prin butonul „Новый шаг ” (fig.2.108). Condiţiile se scriu în limbajul STL (operaţia ŞI se reprezintă prin A).

Fig. 2.108. Fereastra de setare a denumirii, comentariilor şi condiţiilor Pasului 1




În mod analogic se deschid prin butonul „Новый шаг ” şi se setează toţi ceilalţi paşi, până la ultimul Pas 8 (fig. 2.109).

Fig. 2.109. Setarea denumirii, comentariilor şi condiţiilor ultimului Pas 8

După aceasta se apasă mai întâi al treilea buton de sus „Символы” , iar apoi butonul apărut jos „Создать таблицу обозначений ” de editare automatizată atabelului de simboluri pentru fiecare pas. Acest tabel apare în limba rusă, însă el poate fi redactat în română, ştergând informaţia prin tasta RETURN← (fig.2.110).

Fig. 2.110. Fereastra de editare a tabelului de simboluri pentru fiecare pas




Apoi se apasă ultimul buton de sus „Создать последовательность операций ”,care deschide o fereastr ă de alegere a limbajului dorit STL (fig. 2.111).

Fig. 2.111. Fereastra prealabilă de alegere a limbajului de programare a paşilor

În final se apasă butonul cu aceeaşi denumire din partea de jos a ultimei ferestre, care lansează programarea automatizată a tuturor blocurilor menţionate: OB1, OB100 şi FCI în subproiectulcurent. Ele apar în formă de listă (fig. 2.112).Conţinutul interior al programului fiecărui bloc poatefi desf ăşurat printr-un dublu clic pe blocul dorit. Fig. 2.112

În figura 2.113 este desf ăşurat blocul FC1 cu primii 2 paşi în limbajul STL. Prinlitera A este reprezentată operaţia ŞI, iar prin S şi R – setarea şi resetarea pasului.

Fig. 2.113. Reprezentarea primilor 2 paşi de programare automatizată a graif ărului




Programarea în limbajul STL este mai simplă decât în ASSEMBLER prinfaptul, că lista de operaţii codificate prevede o reprezentare separată a fiecăruioperand într-un rând din listă, iar fiecare operand este identificat, de regulă, printr-o adresă. După introducerea fiecărui rând, se apasă butonul RETURN← , carecondiţionează o formatare a lui – aranjarea operandului la o anumită distanţă de

codul operaţiei, care să formeze o coloană unică pentru toate adresele segmentuluicu numărul x(Network x). Fiecare rând poate avea, în caz de necesitate,comentariul său propriu, care se separ ă prin 2 linii înclinate //. În cazul unuicomentariu comun, el se înscrie în rândul 0.

În figura 2.114 este ar ătat un exemplu simplu de programare a operaţiei ŞI,codificate prin litera A şi realizate pentru 3 operanzi – 3 semnale logice aplicate laintr ările I 10.0, I 10.1 şi I 10.2. Rezultatul acestei operaţii este înscris în celula dememorie (flagul) M10.0.

Fig.2.114 Exemplu simplu de reprezentare a operaţiei ŞI în limbajul STL

Numerotaţia rândurilor se efectuează la apăsarea butonului ESC şi dezactivarearedactorului de programare STL, când adresele pot fi înlocuite cu simbolurile lor,ceea ce uşurează analiza programului (fig. 2.115).

Fig. 2.115. Afişarea finală a segmentului operaţiei ŞI în limbajul STL

În programul de automatizare al graif ărului din figura 2.113 primul pas estememorizat în flagul M20.0 printr-o setare (S) a acestuia , dacă este apăsat butonulStart, aplicat la intrarea I 0.2 – operaţie identificată cu operaţia ŞI (litera A).Primul pas se resetează (R) odată cu setarea (activarea) (S) celui de-al doilea pas însegmentul următor (2), iniţiat de acţionarea limitatorului de „Coborâre maximă” dela intrarea I 1.0. Rândul 0 a segmentului 2 este utilizat pentru comentariu.Segmentele de programare ale celorlalţi paşi sunt asemănătoare.

Limbajul STL permite programarea tuturor operaţiilor necesare, inclusiv aoperaţiilor matematice. Codificarea acestor operaţii, în toată multitudinea ei, esteindicată într-un tabel corespunzător, care prevede, de exemplu pentru operaţia ŞI- NU codul AN, pentru SAU şi SAU-NU de 1 bit – O şi ON, pentru SAUEXCLUSIV – X, pentru ŞI , SAU de 16 biţi – AW şi OW etc.




2.4.7 Particularităţ i de utilizare a blocurilor mărimilor variabile

Pentru prelucrarea mărimilor variabile de către procesorul central CPU estenecesar ă, evident, o memorizare intermediar ă a lor. Această memorizare serealizează cu ajutorul blocurilor exemplare de date DB (Date Blocks), iar

programarea se efectuează cu ajutorul blocurilor funcţionale FB (FunctionBlocks). Există însă mai multe tipuri de mărimi variabile, stocarea cărora necesitădiferite capacităţi de memorie, rezervate de redactorul de programare. Pentru aconcretiza această memorie, variabilele se reprezintă într-un anumit format,constituit din tipul datelor şi adresa intrării sau ieşirii. Adresarea poate fiabsolută sau simbolică , când adresei i se atribuie un simbol în tabelul desimboluri al datelor globale, sau în tabelul de specificaţie al datelor locale.

Tipul datelor reprezintă caracteristica principală a datelor, iar acestea din urmă -conţinutul variabilelor. Controlerele operează cu următoarele tipuri de date :

Logice de 1 bit ( de tip BOOL), specificate împreună cu baitul din care fac parte, de exemplu : I1.5 – bitul 5 al baitului de intrare 1; Q10.2 – bitul 2 al baitului de ieşire 10: Digitale de 8 biţi (de tip BYTE), adresate cu litera B în plus, de exemplu :IB 3 – baitul de intrare 3 ; QB 17 – baitul de ieşire 17;

Digitale de 16 biţi (de tip WORD), adresele cărora sunt specificate prinlitera W şi numărul baitului inferior : IW 5 – cuvânt de intrare din baiţii 5 şi6 ; QW 20– cuvânt de ieşire din baiţii 20 şi 21;

Digitale de 32 biţi (de tip DWORD), adresele cărora sunt specificate prin

DW şi numărul baitului inferior : IDW 7 – cuvânt de intrare din 4 baiţi:7,,8,9,10; QDW 25 – cuvânt de ieşire din 4 baiţi : 25, 26, 27, 28; Analogice de 16 biţi (de tip INT – întregi) (Semnalele analogice sunttransformate în semnale digitale de 16 biţi de către modulele analogice deintrare, în care ultimul bit indică semnul : 0–pozitiv ; 1- negativ ;

Analogice de 32 de biţi (de tip DINT), utilizate pentru mărimi mari; Numere binar-zecimale (BCD – 000...999), specificate prin tipul CHAR şicuvinte de 16 biţi, dintre care ultimul indică semnul: 0 - pozitiv; 1 - negativ;

Litere (A,B,C...) şi alte caractere sau simboluri de 1 bait, specificate prin

tipul CHAR; Numere fracţionare (de tip REAL) de 32 biţi cu punct zecimal flotant şicu reprezentare exponenţială ;

Temporizări ale taimerelor S5TIME sau S5T cu diferite unităţi : ore (h),minute (m), secunde (s), milisecunde (ms) şi adresare prin cuvinte WORD;

Intervale de timp - TIME cu aceleaşi unităţi de măsur ă şi adresare DW; Intervale zilnice de timp – TIME OF DAY (în 24 de ore).

Identificarea tuturor mărimilor (datelor) variabile locale se face cu un simbolunic - #, care anticipează valoarea mărimii respective. Ca exemple de notare a

unor tipuri şi valori de date variabile locale pot servi : BOOL – FALSE (stare 0), sau TRUE (stare 1); BYTE – B#16#00...B#16#FF (#16 – numere hexazecimale de 8 biţi);




WORD – W#16#0000...W#16#FFFF – numere hexazecimale de 16 biţi; DWORD – DW#16#0000 0000...DW#16#FFFF FFFF – numere

hexazecimale de 32 de biţi; DINT – L# -2 147 483 648...L#+2 147 483 648; S5TIME – S5T#3s ; S5T#3h12m24s; TIME – T#7d12h24m30s; TIME OF DAY – TOD#12:05:30.

Înaintea acestor formate se indică, tipul şi numărul blocului, de exemplu :DB10 IW 7 – cuvântul de intrare cu baiţii 7,8 al blocului de date DB10., sau perechii FB10/DB10, traduse în rusă caэкземплярный блок (instance bloc).

Crearea blocurilor FB şi DB se face prin opţiunea corespunzătoare a meniuluiFile, deschiderea - prin redactorul blocurilor Список обьектов (Objects list ),iar închiderea – prin meniul de context. După cum rezultă din cele de mai sus,fiecare bloc , ca o parte a programului, este constituit din 3 păr ţi (sectoare) principale : titlul, tabelul de specificaţie (block header) a parametrilor formalide intrare – ieşire şi locale (interioare) şi sectorul de programare propriu zisă(fig. 2.100, 2.113). Mărimile globale, utilizate pentru toate blocurile, sunt indicateîn Tabelul unic de adresare şi simbolizare. Tabelul de specificaţie a parametrilor formali şi locali reprezintă o interfaţă a blocului respectiv cu alte blocuri. În parteadreaptă a ferestrei unui bloc mai apare, de regulă, catalogul de selectare aelementelor componente. Proprietăţile (atributele) blocului pot fi modificate princomanda şi File→Properties şi fereastra care apare (fig. 2.61).

Blocurile funcţionale şi de date FB/DB, spre deosebire de FC (fig. 2.100, 2.113),

conţin în tabelul de specificaţie celule nu numai pentru parametrii de intrare in,ieşire out , in-out, de timp temp , ci şi pentru parametrii statici locali Static localdate, identificaţi prin verde şi var-S ( fig. 2.116). În tabel se specifică adresa,denumirea, descrierea, tipul, valoarea iniţială şi comentariile (în caz de necesitate).

Fig. 2.116. Structura iniţială a blocului funcţional FB1




Un exemplu de completare a tabelului de specificaţie a unui bloc de numărare(Counter) a impulsurilor cu o intrare logică de numărare CU şi de resetare Reset,o ieşire Q de 32 de biţi este ar ătat în figura 2.117, a. Rândul var-S este destinat pentru specificaţia instanţei (instance) mărimii variabile locale a bloculuifuncţional FB/DB. Numele acestei mărimi din figura 2.117, b este EdgeFlag .

a)

b)Fig. 2.117. Tabelul de specificaţie al unui bloc FB de numărare a impulsurilor

Pentru diferite aplicaţii practice catalogulСтандартная библиотека al programului WinPLC7 include o nomenclatur ă foarte mare de funcţii şi blocuristandardizate SFC şi SFB, inclusiv ale pachetului STEP7 şi ale controlerelor SIMATIC S7-300 (400), iar ca urmare şi a blocurilor standardizate SFB41-SFB43

de reglare PID (fig. 2.118), descrise la sfâr şitul paragrafului precedent (fig. 2.64).

Fig.2.118 Selectarea blocului funcţional standardizat SFB41 din catalogul WinPLC



2.5 Elemente semiconductoare de interfa ţăale controlerelor programabile

Controlerele programabile, ca elemente principale ale sistemelor deautomatizare, sunt legate la intrare cu diferite dispozitive : senzori, traductoare,

adaptoare, relee, comutatoare, butoane de comandă ale panourilor operatorukâlui,iar la ieşire – cu elemente de amplificare, convertire, execuţie, acţionare. Primagrupă de elemente se numeşte interfaţă de intrare, iar cea de-a doua grupă – interfaţă de ieşire a controlerelor. Defectarea oricărui element din prima sau din adoua grupă nu trebuie să aducă la defectarea controlerelor. Pentru aceasta eletrebuie să fie separate din punct de vedere electric, iar pe de altă parte trebuietotuşi să aibă o legătur ă neelectrică cu elementele ambelor interfeţe. Există 2moduri de transmitere neelectrică a semnalelor :- printr-un flux de lumină a unei diode luminiscente, recepţionat de un

fototranzistor sau fototirictor, care alcătuiesc împreună un optocuplor ;

- printr-un flux magnetic al unui microreleu electromagnetic, contactele de ieşireale căruia sunt separate de bobina releului ( transformatorul, de asemenea asigur ăo separare electrică prin flux magnetic, însă el necesită o putere mare, are gabaritenari şi funcţionează numai la curent alternativ, de aceea nu poate fi folosit).

2.5.1 Elemente de interfaţă de putere micăOptocuploarele au mase şi gabarite mici, putere consumată redusă, frecvenţă

de comutaţie înaltă. Execuţia constructivă a lor, la fel ca şi cea a microreleelor deinterfaţă , a fost miniaturizată. unificată şi standardizată în forma unor module degrosime mică – 5-18 mm, care pot fi montate pe şina DIN 35 mm (fig. 2.119).

Fig. 2.119. Optocuploare şi relee modulare de interfaţă separate şi în bloc

Au fost elaborate o varietate mare de astfel de optocuploare şi relee modulareunificate cu tensiuni de intrare continue şi alternative de la 5 V şi până la 250 V şicurenţi de intrare 4-20 mA. Valorile curentului lor de ieşire depinde de tipulelementului final de ieşire : cu tranzistor – 0,5–5 A DC; cu triac – 0,5–25 A AC; cureleu – 6A. 250 V. Starea de funcţionare a lor este afişată de o diodă luminiscentă(LED) de culoare verde. Construcţia lor permite un marcaj simplu al

conductoarelor externe, care pot fi conectate prin cleme cu şurub, sau cu arc.În figura 2.120 sunt indicate schemele electrice ale unor modificaţii mai principale ale releelor şi optocuploarelor modulare de interfaţă ale companiei



2.5 E LEMENTE SEMICONDUCTOARE DE INTERFA ŢĂ ALE PLC 169

ABB, realizate cu fototranzistoare bipolare sau unipolare, cu fototriacuri . Acestemodule prevăd o protecţie la polaritate greşită a intr ării de curent continuu şi lasupratensiuni prin grupuri RC, conectate paralel.

Fig. 2.120. Scheme electrice de principiu ale optocuploarelor şi releelor modularede interfaţă ale companiei ABB

Aceste dispozitive şi-au găsit o aplicaţie largă în practică, mai ales ca elemente deinterfaţă la intrarea controlerelor programabile logice (PLC) (fig. 2.121).

Fig. 2.121. Elemente de interfaţă cu optocuploare ale controlerelor programabile

2.5.2 Elemente de interfaţă de putere mareÎn trecut dezavantajul principal al optocuploarelor dispozitivelor de interfaţă

de la ieşirea controlerelor era legat de limitarea valorilor maxime ale curenţilor şitensiunilor. În prezent acest dezavantaj a fost par ţial redus prin introducerea încircuitele de ieşire ale optocuploarelor a unor tranzistoare şi tiristoare de putere,obţinându-se nişte dispozitive compacte şi robuste de separare galvanică, deamplificare sau de comutaţie f ăr ă contacte şi f ăr ă uzur ă, care au primit denumireade Solide State Releys (în traducere directă – relee în stare solidă, iar în ruseşte eleau fost traduse ca твердотельные реле) – relee semiconductoare de interfaţă, careasigur ă câteva funcţii : separare electrică, amplificare, comutare, protecţie. Ele se

produc atât în variantă monofazată, cât şi trifazată, precum şi pentru toată gamanecesar ă de curenţi şi tensiuni continue şi alternative de ieşire: 5-100 A şi 24-630






Pentru comanda discretă a motoarelor de curent continuu şi de curent alternativcu curenţi până la 100 A au fost elaborate, de asemenea, contactoaresemiconductoare monofazate , bifazate şi trifazate, utilizând aceleaşi principii aleinterfeţelor Solide State Releys. De aceea contactoarele electronice au o construcţiecompactă pentru montare pe şina DIN de 35 mm, o comandă în curent continuu 24

V, o declanşare instantanee sau la trecerea tensiunii prin zero, o afişare cu LED, unradiator integrat pentru disiparea căldurii şi o protecţie minim necesar ă., În figura2.124, a sunt prezentate contactoarele electronice monofazate, bifazate ţi trifazateR100, R300 ale companiei ABB şi contactoarele monofazate Solitron RJ alecompaniei Carlo Gavazzi (b), precum şi schemele lor funcţionale (c)..

a)

b)

c) Fig. 2.124. Contactoare electronice ale companiilor ABB şi Carlo Gavazzi




Modulele de intrare–ieşire ale controlerelor programabile modulare, analizateîn paragrafele precedente, asigur ă o separare galvanică optocuploare, de aceea elenu au nevoie de relee sau optocuploare exterioare adăugătoare (fig. 2.125, a). Însăunele traductoare, sau elemente de execuţie, nu admit o distanţă mare faţă decontroler. În afar ă de aceasta, odată cu creşterea distanţei, cresc substanţial şi

cheltuielile cablurilor de legătur ă şi pierderile în ele. În aceste cazuri este raţionalăintroducerea unor module speciale de interfaţă de tipul Modbus, amplasatenemijlocit lângă traductoare sau elementele de execuţie şi legate direct cu procesorul central CPU al controlerului numai prin 2 conductoare (fig. 2.125, b).Compania ETHERNET DIRECT produce astfel de module cu 16 intr ări-ieşiridiscrete şi 8 intr ări–ieşiri analogice.

a)

b)Fig. 2.125.Controlere programabile modulare cu interfeţe directe (a) şi

intermediare cu module exterioare de interfaţă Modbus (b)




Modulele Modbus admit o distanţare de controler până la 1200 m. În caz dacăeste necesar ă o distanţare mai mare decât aceasta, pot fi folosite nişte moduleadăugătoare, numite Repetoare (fig. 2.126).

Fig. 2.126. Utilizarea modulelor adăugătoare Repetoare pentru distanţe mai maride 1200 m dintre controler şi elementele exterioare de interfaţă

2.5.3 Module de interfaţă pentru funcţionare în reţea

După cum a fost menţionat în paragrafele precedente, reţeaua internaţionalăInternet sau Ethernet se foloseşte tot mai mult şi pentru comanda de la distanţă acontrolerelor programabile modulare. Ieşirea la reţeaua Ethernet şi multiplicareanumărului de utilizatori se efectuează cu ajutorul unor module speciale de reţea,HUE sau HME, elaborate de compania ETHERNET DIRECT şi numitecomutatoare (switch) (fig. 2.127).

Fig. 2.127. Utilizarea comutatoarelor de interfaţă pentru multiplicareanumărului de utilizatori ai reţelei Ethernet

Pentru conectarea la reţeaua Ethernet a sistemelor de automatizare, aflate ladistanţe mari (până la 30 km), sunt utilizate cabluri cu fibre optice şi modulespeciale de alungire a reţelei RUE, produse de aceeaşi companie. Comutatoarele de




reţea Ethernet pot fi conectate, de asemenea, în inel şi împreună cu modulele dealungire a reţelei (fig. 2.128). Ieşirea din funcţie a unui comutator de reţea, la oconectare în inel, nu afectează funcţionarea sistemelor de automatizare.

Fig. 2.128. Utilizarea modulelor de interfaţă şi funcţionare a sistemelor deautomatizare în reţeaua Internet

Pentru comanda de la distanţă a sistemelor de automatizare cu controlere

programabile modulare pot fi utilizate şi alte modificaţii de module asemănătoare, produse de diferite companii.



2.6 Computere industriale de automatizare

2.6.1 No ţiuni generaleDupă cum rezultă din cele expuse mai sus, automatizarea reală a unui

proces tehnologic sau de altă natur ă, necesită, la rândul său, o multitudine de

lucr ări şi operaţii, care se cer a fi efectuate, şi anume :- proiectarea generală a sistemului de automatizare,- alegerea, configurarea (alegerea componentelor din catalogul electronic şi

unirea lor într-un sistem unic) şi parametrizarea componentelor principale ,- alegerea, configurarea şi parametrizarea traductoarelor ,- configurarea reţelei (a blocurilor Master / Slave de semnale, a controlerelor de

reţea) şi dirijarea procesului de transmitere a informaţiilor ş. a.,- elaborarea, testarea şi diagnosticarea programelor ,- documentarea programelor şi arhivarea datelor ,

- comanda operativă locală şi de la distanţă,- vizualizarea şi reprezentarea grafică a informaţiilor şi altele.Pentru efectuarea efectivă a tuturor acestor operaţii nu există un instrument

universal mai bun decât computerul personal (PC) cu versiunile standardizateale sistemului său operaţional Windows, completat cu un pachet de programespeciale. Însă computerul standardizat nu are o construcţie adecvată pentru a puteafi incorporat în tablouri sau panouri împreună cu alte echipamente de automatizareşi pentru a putea fi exploatat în condiţii grele industriale – temperatur ă înaltă sauscăzută, umiditate excesivă, praf, vibraţii şi altele. De aceea au fost elaborate niştecomputere speciale, care satisfac acestor şi altor cerinţe, impuse de sistemele deautomatizare, au aproximativ aceleaşi date tehnice şi performanţe ca şicomputerele obişnuite şi care au fost denumite computere industriale (CI)(Industrial PC). Ele reprezintă ocupă treapta superioar ă în ierarhiaechipamentelor sistemelor de automatizare (vezi p.2.1), satisf ăcând totodatăurmătoarelor cerin ţe de funcţionare în condiţii industriale speciale şi relativ grele:- productivitate de calcul şi rapiditate mare (300-700Ml.operaţii/s) pentru a prelucra în timp real un volum mare de informaţii;- vitez ă înalt ă de transmitere / recep ţie a informa ţiilor seriale, inclusiv video,(10-1000Mbit/s) pentru a funcţiona efectiv în reţeaua mondială INTERNET;- fiabilitate înalt ă pentru a exclude defecţiuni, însoţite de pierderi economice;- gabarite şi mase minime pentru introducere în diferite panouri sau dulapuri;- consum de energie minim ( 5-200W) pentru a putea funcţiona un interval detimp de la o baterie proprie, precum şi pentru a exclude ventilatorul de r ăcire, nedorit în variante constructive integrate în alte echipamente de automatizare ;- rezistente la temperaturi scăzute (-10...-40ºC) sau ridicate (+70...80ºC);- rezistente la umiditate înalt ă (10-95%), praf excesiv, vibra ţii, corozie,câmpuri electromagnetice puternice ;- diferite servicii (servere ) şi posibilit ăţ i de vizualizare, semnalizare,

diagnosticare , documentare şi arhivare a unui volum mare de date ;- pre ţuri accesibile pentru o utilizare largă ( 700-2500 dolari).



2.6 C OMPUTERE INDUSTRIALE DE AUTOMATIZARE 176

Toate aceste cerinţe se realizează în prezent de CI pe baza utilizării aceloraşimicroprocesoare performante de tipul PENTIUM 4 sau INTEL CELERON 2 cufrecvenţe de tact 1-3,2 GHz, montate împreună cu celelalte dispozitivemicroelectronice necesare pe o singur ă plachetă compactă de bază, numită uneori(материнская плата ). De aceea CI se mai numesc computere de o singur ă

plachetă microelectronică de bază sau (одноплатные компьютеры ) .În ultimii 10 ani tehnologiilor informa ţionale , precum şi computerelor industriale în particular, li se acordă o atenţie deosebită, încercându-se să li selărgească sfera lor de utilizare practică în toate ramurile industriale, la fel cum s-a procedat cu computerele personale obişnuite, implementate practic în toatedomeniile de activitate inginerească sau informaţională. În legătur ă cu aceastafoarte multe companii din diferite ţări cu grad înalt de dezvoltare, şi îndeosebicompaniile americane şi chineze, au investit mult în această direcţie, elaborând onomenclatur ă foarte largă de modificaţii constructive ale CI, staţionare şi mobile,

universale şi specializate, cu diferiţi parametri. Drept lideri în elaborareacomputerelor industriale sunt considerate companiile americane AAEON,, IPC 2UARCON, MICROMAX, SISTEMS, AMPRO COMPUTERS, ADLINKTECHNOLOGY, ASRCOM CONTROL SISTEMS, LENZE, FOXCONNTECHNOLOGY, QNX SOFTWARE SIISTEMS, SWD SOFTWARE,AXIOMTEK, NetCore, companiile germane SIEMENS, HILSCHER,HIRSCHMANN, companiile chineze şi taivaneze EVOC şi iBASE şi multealtele.

În raport cu locul de amplasare al microcontrolerelor, sistemele industrialemoderne de automatizare , în caz general, pot fi clasificate în 3 clase principalesau 3 trepte ierarhice :

1) inferioar ă , cu controler incorporat într-un convertizor de frecvenţă (în cazde acţionare cu motor electric reglabil), sau în sistemul de comandă al unuiaparat sau unei instalaţii f ăr ă convertizor de frecvenţă variabilă ;2) mijlocie, cu controlere programabile logice (PLC) modulare şi autonomede complexitate diferită sau cu controlere de mi şcare ( Motion Controllers -MC) ( vezi p.2.1);3) superioar ă , cu computere industriale (CI) .

Toate aceste trepte au, de regulă, un concept unic de decentralizare , deexemplu primele 2 trepte inferioare sunt nişte trepte periferice şi subordonatetreptei superioare. Num ărul de echipamente şi instala ţii variaz ă în aceste clasesau trepte conform unei piramide , adică se micşorează spre vârful piramidei .Aceste 3 trepte pot fi considerate trepte naţionale, care în timpul de faţă au fostintegrate în cea de-a 4 treapt ă – interna ţional ă , realizată prin re ţeauainterna ţional ă INTERNET . Prin această reţea un controler programabil din Rusiasau Moldova poate fi programat şi diagnosticat din Germania sau din Franţa,computerul industrial fiind elementul principal de legătur ă (interfaţă). În figura

2.125 este ar ătată structura simplificată a unei astfel de reţele, care corespundeconceptului de clasificare menţionat mai sus.




Fig. 2.125. Structura generală a unui sistem internaţional de automatizare cucomputer industrial

Un astfel de concept este utilizat, de asemenea, şi în cadrul unor reţeleindustriale locale, de exemplu pentru programarea strungurilor şi maşinilor uneltecu controler de mişcare (Motion Controller ) şi cu computer industrial local cumonitor, care este obligatoriu în acest caz. Strungul se află în hala de maşini unelte,iar programistul, cu computerul său universal (ingineering PC), se află cu totul înaltă sală (cu aer condiţionat). Prin reţeaua respectivă (de culoare galbenă în figura2. 125 ) el introduce în CI local programul necesar de prelucrare a metalelor.

În computerul industrial în aceste cazuri trebuie instalate cel puţin 3 programe(softuri ) specializate :- softul controlerelor logice PLC , de exemplu STEP 7 sau Win PLC 7 culimbajele standardizate LAD, FBD sau STL şi cu reţeaua sa standardizată;- softul controlerelor de mi şcare MC , de exemplu MPC 1200 cu subprogramede transformare şi interpolare (calculare) a coordonatelor organelor de mişcare, deidentificare a funcţiilor pregătitoare şi de sincronizare a acţionărilor electricereglabile de avans, prevăzute pentru o reţea separată (de exemplu, PLCopen);- softul de vizualizare a proceselor tehnologice şi parametrilor principali,efectuată de exemplu cu ajutorul softului VisiWinNet al companiei LENZE .

Într-un sistem complex de automatizare, realizat cu ajutorul computeruluiindustrial, vizualizarea este integrată în el, fiind una din funcţiile principale, pecând într-un sistem, automatizat cu ajutorul controlerelor, vizualizarea esteseparată şi secundar ă, realizată cu panou separat al operatorului .




2.6.2 Computere industriale SIMATIC PC ale companiei SIEMENS

Compania SIEMENS a elaborat o serie de computere industriale mobile şistaţionare, cele mobile fiind denumite programatoare SIMATIC PG, iar cele fixe – computere industriale SIMATIC PC . În figura 2.126 este reprezentat

programatorul mobil SIMATIC Field PG M în constructiv Noutbook cu un procesor Pentium Mobil, o memorieconstantă de 120 GB, o memorieoperativă 0,512-1,0 GB, o frecvenţă detact 1,6 - 2,0 Ghz . Pe lângă interfeţeletradiţionale – CD RW, DVD ROM,USB, RS 232 (485), acest programator mai include un coprocesor decomunicare în reţea CP, un dispozitiv de

telecomunicaţii la distanţă WLAN şi unmodem de telecomandă, o cartelă MMC, precum şi pachetul de programe STEP 7,WINDOWS XP şi alte dispozitive sauaccesorii.

Fig. 2.12 6. Programator SIMATIC PG MCu ajutorul proce-

sorului de comunicareCP1613 programatorulPG M poate să facălegă-tura, să transmităsau să primească oriceinforma-ţie din fiecarecontroler programabilsau staţie periferică ET200 din orice reţea (fig.2.127).

Fig. 2.127. Controlul reţelei cu ajutorul programatorului PGComputerele industriale sta ţionare au aproximativ aceleaşi date tehnice şi

principii ca şi programatoarele, însă construcţia lor este diferită, la fel cum şi unelefuncţii. În momentul de faţă compania Siemens produce 4 variante constructive principale de astfel de computere – SIMATIC Rack PC, Panel PC, Box PC şiMicroBox PC, ar ătate în figura 2.128 . Toate aceste variante, mai alesmodificaţiile Box, sunt relativ compacte în comparaţie cu computerelestandardizate. De exemplu, MicroBox PC are următoarele dimensiuni :262x134x47 mm. Gabaritele mici ale acestor computere simplifică incorporarea lor

în diferite dulapuri, tablouri, panouri sau echipamente şi măreşte rezistenţa ladiferiţi factori negativi ai mediului.




Fig. 2.128. Computere industriale SIMATIC Rack, Panel, Box şi MicroBox PCÎn figura 2.129 sunt reprezentate mai multe modificaţii compacte de panou

SIMATIC Panel PC cu monitor integrat şi vizualizare a proceselor tehnologice.Ele se utilizează în cazurile, când este necesar ă o vizualizare multiplă şi continuă adiferitor procese tehnologice, precum şi o comandă operativă a lor. Acestecomputere au un monitor color de diferite dimensiuni, o tastatur ă senzorială şi unnumăr mare de taste funcţionale, însă datele tehnice sunt puţin mai scăzute .

Fig. 2.129. Modificaţii de computere industriale SIMATIC Panel PC

Compania SIMENS propune, de asemenea,computere industriale lacomanda utilizatorului – Customized SIMATICPC, precum şi diferitecomponente, programe,echipamente de acordareşi altele (fig. 2.130).

Fig. 2.130. Computere industriale la comanda utilizatorului




2.6.3 Computere industriale ale companiei germano-americane LENZE

Compania LENZE produce aceleaşi tipuri constructive de bază alecomputerelor industriale, însă cu denumire diferită : pentru montare pe panou(Embedded Line EL-fig. 2.131, a ), în formă de stand (Comand Station CS -fig.

2.131, b ) şi într-un bloc f ăr ă monitor (Control Cabinet CPC- fig. 2. 131, c ).

a) Touch Touch +F/S keys Touch+F/keys+Num 0-9 ...+Sp-l/keys

b) Touch Touch +F/S keys Touch+F/keys+Num 0-9

c) Fig. 2.131. Modificaţii principale ale computerelor industriale LENZE

Primul tip principal din seria EL este prevăzut pentru montare pe panourilefrontale sau uşile dulapurilor de automatizare şi are, la rândul său, 4 modificaţii principale cu dimensiuni pe diagonală ale monitorului 8”-19” (265x200 mm – 490x400 mm), plus un panou separat (HMI – EL 100) cu dimensiuni mai mici pediagonală (5”-10”). Ultimele sunt destinate pentru o integrare cu blocurile decomputere f ăr ă monitor CPC (Rack).

Toate aceste computere sunt realizate cu procesoare mobile INTEL CELERONM sau PENTIUM M de 1-1,8 GHz, HARD disc de 40-60 GB, memorii operativeRAM de 512-1024 MB, memorie Flash de sistem 2-8 GB, CD-DVD reed/write




drive, interfeţe USB şi de comunicare MC–ETHERNET cu viteză de 100/100Mbit/s, MC-PROFIBUS (Master/Slave), MC-PROFINET, interfaţă serială RS 232,tensiune de alimentare 24V, baterie de alimentare neîntreruptă (UPS) (fig. 2.132 ).Însă unele din ele prevăd instalarea unor module adăugătoare de extindere – PCIslot.

Fig. 2.132. Dizainul şi interfaţa computerelor industriale Embesdded Line EL

Seria Comand Station CS are, la rândul ei, 3 modificaţii principale cu diferiteopţiuni fiecare din ele :- numai monitor separat cu funcţii pentru o staţie de comandă a operatorului cutaste, amplasate pe o consolă adăugătoare (fig. 2.133 ),, toate fiind montate pe unsuport mobil, care pot fi amplasat lângă utilajul sau instalaţia principală deautomatizare, în care este incorporat modificaţia a treia în formă de bloc separatf ăr ă monitor (CPC);- monitor integrat cu un computer cu aceleaşi date tehnice, ca şi în varianta precedentă, ambele blocuri fiind montate împreună cu consola de extindere a

operatorului, de asemenea, pe un suport mobil, amplasat lângă instalaţia deautomatizare;- o modifica ţie pentru cerin ţe speciale ale utilizatorului (Thin Client).

Consola de extindere a operatorului CSB poate să includă o tastatur ă deexecuţie rezistentă la corozie IP65 cu interfaţă USB (fig. 2.133, a ), precum şi 7sau 14 elemente universale de comandă ale operatorului – diferite comutatoare deregim, taste funcţionale, inclusiv tasta în formă de ciupercă roşie de deconectareavariată a instalaţiei de automatizare, (fig, 2,133, b ). Toate aceste elemente suntdestinate pentru funcţii speciale ale utilizatorului. Ambele variante de console se

conectează la monitor sau computer prin cabluri obişnuite. Suportul asigur ă oînclinare convenabilă a panoului sau computerului, precum şi o racordare acablurilor acestora.




a) b)Fig. 2.133. Monitoare separate ale computerelor industriale CS cu tastatur ă adăugătoare de comandă pentru operator şi cu montare pe un suport mobil

Pentru vizualizarea proceselor tehnologice toate monitoarele sunt înzestratecu aceleaşi tipuri de procesoare, ca şi unitatea centrală a computerelor, şi au unecran senzorial de tipul Touch, precum şi diferite taste funcţionale. Ele sunt prevăzute, de asemenea, şi pentru o funcţionare sub programul Windows XP.

Seria de computere CPC (Control Cabinet PC ) are aproximativ aceleaşidate tehnice, fiind destinată pentru o integrare directă în instalaţiile deautomatizare şi utilizare decentralizată, de aceea nu are monitorul său propriu. Încalitate de monitor poate fi utilizată unul din variantele precedente EL sau CS (fig.2.134 ).

Fig. 2.134. Computer industrial din seria CPC cu concepţie decentralizatăAceste computere sunt prevăzute cu interfeţe standardizate şi cu 2-4 modulePCI (slots) de extindere a intr ărilor sau ieşirilor (fig. 2.135).




Fig. 2.135. Interfeţe ale computerelor industriale f ăr ă monitor CPCO ală variantă de extindere a fost propusă de compania LENZE pentru a mări

distanţa dintre computerul incorporat CPC şi monitorul de control până la 35 m,asigurând astfel o comandă de la distanţă şi o transmitere corespunzătoare aimaginilor digitale video DVI şi USB printr-un cablu special (fig. 2.136 ). Prinacest cablu se transmite şi tensiunea de alimentare a monitorului de 24 V.

Fig. 2.136. Distanţarea monitorului de computerul incorporat până la 35m şiasigurarea principiului de comandă de la distanţă

Pentru aceasta au fost elaborate 2 module ad ăug ătoare – unul de transmitereTX, amplasat lângă computer şi altul de recep ţie RX , montat pe partea din spate a panoului monitorului (fig. 2.137 ). Dimensiunile modulului TX constituie

42x140x114 mm, iar dimensiunile modulului RX – 185x100x28 mm.




Fig. 2.137. Module de transmitere şi recepţie a imaginilor digitale DVI/USB ladistanţă mare

Utilizarea diferitor module de multiplicare a numărului de intr ări-ieşiri încomputerele industriale LENZE are o concepţie decentralizată. Aceste moduleconţin un număr de 8 sau 16 intr ări – ieşiri discrete şi 4-8 analogice, fiindasemănătoare modulelor corespunzătoare ale controlerelor VIPA 100 sau 200.

Toate aceste computere sunt prevăzute pentru o funcţionare la temperaturi pozitive 0ºC-45ºC, iar la o execuţie specială diapazonul creşte până laminuc10ºC- +60ºC , precum

şi la umidit

ăţi ale aerului cuprinse între 10-95 %.

Consumul lor de energie electrică este totuşi relativ mare - până la 300 W. Pentrucondiţii mai severe alte companii propun computere industriale corespunzătoare.




2.6.4 Particularit ăţ i principale ale computerelor altor companii mondiale

În figura 2.138 sunt prezentate particularităţile constructive ale computerelor integrate Front Station şi de incorporare Fronr Rack ale companiei FRONT MAN.

Fig, 2.138. Particularităţi constructive ale computerelor companiei FRONT MAN




O nomenclatur ă foarte largă de computere industriale produce companiaamericană AAEON. Computerele integrate cu toate blocurile necesare şi cumonitor obişnuit sau senzorial ale acestei companii sunt ar ătate în figura 2.139 .Ea produce monitoare cu antenă, care pot să funcţioneze, de asemenea, în calitatede panouri ale operatorului şi în reţea telecomandată f ăr ă cablu (fig. 2.140, a ). O

astfel de posibilitate de telecomandă o are şi computerul industrial mobil cu oexecuţie corespunzătoare IP65, prezentat în figura 2.140, b .

Fig. 2.139 Computere industriale Advantech ale companiei americane AAEON cumonitor obişnuit şi senzorial

Fig. 2.140. Monitor–panou al operatorului AOP-8120 şi noutbook industrial MitacA-770 cu telecomandă la distanţă




Un alt lider producător de computere industriale universale şi speciale estecompania IPC 2U (Industrial Personal Computer ). Toate seriile acesteicompanii au o construcţie diferită. Din seriile tipice fac parte computereleiROBO-2000, 3000, 4000 (fig. 2.141). Prima modificaţie prevede un număr marede module adăugătoare (slots) de extindere – până la 20. Toate aceste modificaţii

au o execuţie IP65, care le permite să funcţioneze în condiţii industriale grele.

Fig. 2.141. Computere industriale iROBO-2000,3000, 4000 ale companiei IPC 2U

De o popularitate deosebită se bucur ă computerele compacte şi ultracompacteale acestei companii, care nu cedează computerelor obişnuite după performanţelefuncţionale. În figura 2.142, a-b sunt ar ătate computerele iROBO seria LIGHTşi NEO-220 cu 60 W consum, dimensiuni 235x175x50 mm şi masa de 1-2 kg, iar în figura 2.142, c-d, - computerele Microspace20 şi ET-200 de 165x110x27 mm şi145x115x50 mm, 0,5 kg, 15W şi funcţionare de la minus 20ºC şi până la +70 ºC.

b)

c) d)Fig. 2.142. Computere compacte şi ultracompacte ale companiei IPC 2U




Computerele eBOX-2300 (fig. 2.143, a) sunt atât de miniaturizate, încât încapîn palmă – 115x115x35 mm, 0.5 kg, 15 W şi BOXER (fig. 2.143, b ). În plus ele auo construcţie complet închisă (IP-67), ceea ce exclude pătrunderea prafului şi aumezelii, corpul din aluminiu ondulat servind ca radiator pentru r ăcire. ModificaţiaBOXER permite chiar o cufundare de scurtă durată în apă până la 1m adâncime.

Conectoarele de interfaţă ale au, de asemenea, o construcţie protejată.

b)Fig. 2.143 Computere miniaturizate şi ermetizate BOX-2300 şi BOXER

Datorită posibilităţii de prelucrare a informaţiilor video, consumului redus deenergie, excluderii ventilatorului de r ăcire, maselor şi gabaritelor mici ele pot fiinstalate uşor în diferite dulapuri, camere de luat vederi, bancomate, terminaleinformaţionale şi comerciale, vehicule civile şi militare. Majoritatea modificaţiilor compacte prevăd o alimentare exterioar ă de la osursă de 12 V şi asigur ă o func ţionare în

re ţeaua ETHERNET f ă r ă cablu .O protecţie similar ă şi o construcţieneobişnuită o au şi computerele companieiamericane MicroMax-600, 800 (fig. 2.144 ).Prima modificaţie are o construcţie ermetizată şicubică – 150x150x150 mm, care permită săfuncţioneze în cel mai larg diapazon detemperaturi - minus 40ºC ...+70ºC.

Fig.2.144 Computer ermetizat MicroMax-600Pre ţul de cost al computerelor industriale Panel PC constituie 2000-2500unităţi convenţionale (u.c.), al computerelor Rack PC - 1500-1600 u,c., alcomputerelor compacte --600-800 u.c., iar al computerelor ultracompacte – 300-400 u.c. Panourile operatorului Touch costă 500-1000 de dolari. Nu este clar însădin datele publicate, dacă în aceste preţuri sunt incluse adaosurile intermediarilor sau nu.

Companiile chineze şi taivaneze se stăruie să nu r ămână mult în urmacompaniilor americane. În figura 2.145 sunt prezentate 3 variante constructivetipice ale computerelor companiei chineze EVOC : IPC-2402 de execuţie Rack,în formă de panou – PPC-1503 şi miniaturizate MEC-9101 şi 9201 cu 1-2 modulede extindere, consum de energie de 270 W şi dimensiuni 444x400x44 (88)mm.




Aceste computere au date tehnice puţin mai scăzute, în schimb preţul lor de costeste mult mai mic, adică sunt mai accesibile pentru diferiţi utilizatori.

Fig. 2.145. Computere industriale tipice ale companiei chineze EVOCMajoritatea companiilor mai produc o nomenclatur ă largă de componente ale

computerelor industriale: plachete ale procesoarelor centrale, hard-discuri,module de extindere, blocuri de alimentare, diferite accesorii şi altele.

Din domeniile clasice de utilizare a computerelor industriale , după cum afost deja menţionat mai sus, fac parte sistemele de automatizare ale strungurilor şimaşinilor unelte de prelucrare a metalelor şi lemnului, roboţilor industriali,maşinilor automate de poziţionare (croire a hainelor şi altor confecţii) şi desincronizare a organelor de lucru şi altele. În timpul de faţă aceste domenii s-aulărgit mult, ceea ce a şi condiţionat elaborarea şi producerea mai multor modificaţiide computere industriale, despre care s-a menţionat mai sus. Utilizarea lor largăeste condiţionată în prezent de automatizarea complexă a liniilor şi proceselor tehnologice din toate ramurile industriale de bază, mai ales din industriametalurgică, a sticlei, cimentului, hârtiei şi cartonului, tutunului, constructoare demaşini, alimentar ă, la centrale electrice cu termoficare sau atomice şi în multe altedomenii. Unele din acestea vor fi descrise în partea a doua a acestui ghid, de aceeaîn acest capitol se aduce un singur exemplu de utilizare a computerelor industriale pentru automatizarea complexă a unei maşini unelte de tipul TRUMATIC deştanţare a foilor de tablă sau de metal .




2.6.5 Utilizarea computerului industrial pentru automatizarea ma şinii unelteTRUMATIC 500 de ştan ţare a foilor de metal

Compania germană TRUMPH a elaborat mai multe generaţii şi tipuri de maşiniautomatizate TRUMATIC de ştanţare a foilor de tablă sau de metal cu grosimi

până la 8 mm şi dimensiuni 1x2 m. Unul din tipurile mai vechi, produs în anul2000, este ar ătată în figura 2.146. Elementele constructive principale ale lui sunt :1 –carcasa (batiul) de metal; 2 – dispozitivele de fixare a foii ; 3 - capul de ştanţarecu acţionare hidraulică prin batere verticală pe axa Z; 4 – masa mobilă de suport afoii de metal cu 2 acţionări electrice reglabile de avans pe axele X şi Y.

a)

Fig. 2.146Vederi generale ale maşinii TRUMATIC500 de ştanţare a foilor de metal




Procesul de ştan ţare are la bază principiul de tăiere al foarfecelor – poansonul(instrumentul sau tool-ul), fixat la capătul mecanismului vertical cu acţionarehidraulică, loveşte cu o for ţă relativ mare foia de metal de pe masa mobilă, îninteriorul căreea este fixată într-o casetă o matriţă de o configuraţiecorespunzătoare instrumentului ales din magazia de instrumente. For ţa maximă de

batere a sistemului hidraulic constituie 220 kN (22 tone). Ea se alege în funcţie degrosimea foii de metal.În figura 2.147 sunt ar ătate diferite variante de scule – poansoane şi matriţe de

ştanţare, precum şi un exemplu de profil, obţinut într-o foaie de metal prinutilizarea unor astfel de scule şi principii de ştanţare.

Fig. 2.147 Exemple de scule şi profiluri de ştanţare într-o foaie de metal

În partea superioar ă a capului de batere se află un acumulator hidraulic , careasigur ă o reîntoarcere rapidă a pistonului în poziţia iniţială prin înmagazinareaunei energii în timpul cursei de lovire a foii. În rezultat acest sistem hidraulic poateasigura un număr mare de bătăi pe minut - până la 110-120 de lovituri. Deşeurilede metal sunt eliminate cu ajutorul unui sistem pneumatic.

Pentru a asigura o traiectorie necesar ă de ştan ţare , capul cu instrumentul de batere şi matricea de perforare a găurii sunt înzestrate cu mecanisme de rotire în jurul axelor lor într-un diapazon 0-360º ( axa de rotaţie este definită în acest caz caaxa C). Rotirea acestor mecanisme trebuie să fie sincronă cu posibilitatea devariaţie a vitezei lor. Ca urmare, aceste mecanisme sunt înzestrate, de asemenea, cu

acţionări electrice reglabile în frecvenţă, însă de o putere mai mică faţă deacţionările reglabile de avans ale mesei pe axele X şi Y.




Aşadar, maşina de ştanţare automatizată a foilor de metal TRUMATIC 500este înzestrată cu toate tipurile principale de acţionare : principală – hidraulică; deavans şi de poziţionare (rotire) – electrice; auxiliare – pneumatice. Însă acţionărileelectrice de avans ale mesei sunt prevăzute pentru o deplasare concomitentă şicoordonată a mişcărilor pe ambele axe X şi Y, ceea ce a condiţionat utilizarea unor

servoac ţion ări cu frecven ţă variabil ă şi a unui controler de mişcare (MotionController ) pentru automatizarea lor. În calitate de astfel de controler poate fiutilizat un controler modular universal de tipul SIMATIC S7-400, VIPA 300S(500S), sau un controler special, cum sunt cele ale companiilor ABB şi BOSCH.Însă automatizarea complexă a maşinii de ştanţat nu poate fi f ăcută f ăr ă un panoude comandă şi vizualizare a informaţiilor principale, sau a unui computer special.Un astfel de computer, realizat în anul 2000 f ăr ă cerinţe riguroase în ceea ce priveşte masa şi dimensiunile lui, este prezentat în figura 2.148 . Partea frontală alui include monitorul de vizualizare şi o serie de taste funcţionale şi operaţionale.

Un astfel de sistem apar ţine de clasa CNC (Computer Numerical Controll ) .Alături de computerul special este utilizat un computer obişnuit de programarelocală, legat prin reţea cu cel special şi cu computerul de programare de la distanţădin altă sală. Programarea tehnologică se efectuează cu ajutorul unui programspecial - TOPS 300 sau TOPS 500. Ca document iniţial de elaborare a programului tehnologic serveşte desenul ei în programul standardizat AutoCad.

Fig. 2.148. Computerul special de automatizare a maşinii de ştanţat şi computerulobişnuit de programare locală




În dulapurile de sub computere sunt amplasate toate celelalte componente alesistemului CNC: controlerul de mişcare, servoconvertizoarele de frecvenţă aleacţionărilor electrice reglabile, aparatajul de alimentare cu energie electrică, decomand[ a mecanismelor auxiliare şi de protecţii. În figura 2.149 este prezentatcontrolerul modular de mişcare al companiei BOSCH, utilizat pentru

automatizarea maşinii de ştanţat şi asemănător cu controlerul SIMATIC S7-400.

Fig. 2 149. Controlerul de mişcare al companiei germane BOSCH

Servoinvertoarele autonome ale celor 2 mecanisme de deplasare a mesei şi alecelor 2 mecanisme de rotire a poansonului şi matriţei, ar ătate în figura 2.150 , suntalimentate de la un redresor necomandat comun, amplasat în partea stângă.

Fig.2.150Redresorul comun şi invertoarele de frecvenţă ale mecanismelor de avans




Schema funcţională a unui servoinvertor autonom similar de tipul AMKSYNcu comandă digitală PWM al companiei ABB este ar ătată în figura 2.151 .

Fig.2.151Schema funcţională a unui invertor AMKSYN de comandă digitală PWM



3. CONVERTOARE ELECTRONICE DE PUTERE, UTILIZATE ÎNSISTEME MODERNE DE AUTOMATIZARE

În sistemele moderne de automatizare ale proceselor tehnologice industrialeşi-au găsit aplicaţie 2 tipuri principale de convertoare electronice de putere de

curent alternativ, care stau la baza acţionărilor electrice acestor sisteme:- convertoarele programabile de tensiune variabil ă şi frecven ţă constant ă ,realizate cu tiristoare şi utilizate pentru pornirea lină şi protecţia motoarelor asincrone, de unde a provenit şi denumirea alternativă de softstartere ;- convertoarele programabile de tensiune şi frecven ţă variabile , numite şi într-o variantă mai scurtă convertizoare de frecven ţă variabil ă (CFV) , bazate peredresoare şi invertoare autonome cu tranzistoare şi diode de putere, şi utilizate pentru reglarea lină a vitezei motoarelor asincrone, propor ţională cu frecvenţa CFV

Aceste convertoare au un sistem propriu de automatizare, realizat cu

microcontrolere programabile specializate de 16 sau 32 de biţi. Ele suntcomandate, la rândul lor, de controlere programabile modulare ale sistemelor deautomatizare în scopul regl ării productivit ăţ ii proceselor tehnologice industriale.

3.1 Convertoare programabile de pornire lin ă a motoarelor asincrone

3.1.1 No ţiuni generale şi principii de func ţionare

Convertoarele electronice de pornire lin ă a motoarelor (starterele)reprezintă nişte variatoare de curent alternativ (VCA ) cu comutaţie naturală atiristoarelor, care transformă o tensiune sinusoidală de amplitudine şi frecvenţăconstantă într-o tensiune alternativă nesinusoidală de aceeaşi frecvenţă, însă de oamplitudine mai mică şi variabilă. De aceea ele mai sunt numite şi regulatoare,deoarece au o funcţie identică cu cea a autotransformatoarelor – de reglare atensiunii alternative de ieşire var S U la o amplitudine constantă a tensiunii dealimentare const U m A

. şi la una şi aceeaşi frecvenţă const Hz f f AS 50 .

Întrucât tiristoarele pot conduce curentul numai într-o singur ă direcţie, curentulalternativ poate fi reglat de 2 tiristoare, conectate antiparalel, – unul pentru

alternanţa pozitivă, iar altul pentru alternanţa negativă, atât în cazul variatoarelor monofazate, cât şi al variatoarelor trifazate (fig. 3.1 ). Fiecare pereche de tiristoare poate fi reprezentată ca un redresor monofazat reversibil monoalternanţă cufuncţionare ciclică după fiecarealternanţă , de aceea au acelaşi principiu de reglare a tensiunii deieşire ca şi redresoarele clasice.Ele se simplifică, dacă fiecare pereche de tiristoare este

înlocuită cu un triac.Fig. 3.1. Scheme tipice aleVCA monofazate şi trifazate

1T

2T s Z AU d U

M



3.1 C ONVERTOARE PROGRAMABILE DE PORNIRE LIN Ă A MOTOARELOR196

Funcţia de micşorare a tensiunii efective de ieşire S U se bazează pe aplicareaimpulsurilor de comandă cu un unghi de întârziere t faţă de punctele decomutaţie naturală k t (de trecere a tensiunii AK U prin zero), în rezultatulcăreea tiristoarele T1 şi T2 transmit sarcinii numai o parte din alternanţele tensiuniisinusoidale de intrare, „tăind” astfel o parte din ele. În figura 3.2, a t = π/2,iar sarcina este pur rezistivă ( S S R Z ), de aceea tiristoarele T1 şi T2 transmit laieşire numai o jumătate de sinusoidă, blocându-se în momentele de timp k t ,deoarece ele conduc curentul numai de o singur ă polaritate .

La o sarcină activ-inductivă durata de conducţie a tiristoarelor depăşeşte punctele de comutaţie naturală cu un interval de timpωt = s s s R Larctg / , îndecursul căruia tensiunea UAK <0, iar curentul prin tiristoare este totuşi pozitiv (fig.3.1, b,c ). În aceste intervale curentul este susţinut de tensiunea de autoinducţie

dt di Le s s L / , care se opune creşterii curentului 0/ dt di s şi susţine descreşterealui 0/ dt di

s prin energia reactivă, acumulată de către inductivitatea de sarcină LS.

a) b) c)

Fig. 3.2. Diagrame de funcţionare ale VCA monofazat pentru sarcini pur active şiactiv-inductive

Dacă prin sistemul de comandă al tiristoarelor se modifică unghiul îndiapazonul de la ,0 , atunci tensiunea de ieşire sU variază de la valoarea maximă

A s U U până la 0 sU . Dependenţa S U

r eprezintă caracteristica de reglare a VCA (fig.3.3). Această caracteristică neliniar ă însă depindenu numai de unghiul de reglare ά(t), ci şi deunghiul de fază al sarcinii φ (R S,LS) , dependent,

la rândul său, de raportul dintre componenta activăşi reactivă a sarcinii.

Fig. 3.3. Caracteristica de reglare a VCALa o sarcină pur inductivă ZS=LS diapazonul de reglare al unghiului ά se

micşorează de 2 ori, fiind cuprins în intervalul ,2 . Aplicarea impulsurilor decomandă în intervalul 20 nu schimbă starea tiristoarelor, întrucât în acestinterval curentul este negativ datorită r ămânerii lui în urma tensiunii cu π/2. Dinaceastă cauză caracteristica US(ά) în acest subdiapazon constituie o linie dreaptă.Pentru un unghi de comandă 2/ , curentul de sarcină si devine întrerupt, iar tensiunea S U se micşorează faţă de tensiunea de intrare AU , adică AS U U .

t

t U s

0 2 30t

1T 2T

s s R Z

t

t 0 2 3

1T 2T

1354/3

t U s

T i

sU

0

s s R Z

s s L Z AU

2/



3.1 C ONVERTOARE PROGRAMABILE DE PORNIRE LIN Ă A MOTOARELOR 197

Aşadar, variatoarele de curent alternativ au o schemă şi o funcţionare relativsimplă, însă reglarea în fază a unghiului de comandă este însoţită de un dezavantajimportant al lor. Odată cu creşterea unghiului de reglare ά are loc o distorsionaretot mai puternică a formei sinusoidale a tensiunii de ieşire (fig. 3.2, c ). De aceeaVCA se utilizează mai mult pentru reglarea curentului sarcinilor pur active :

plitelor şi cuptoarelor electrice, boilerelor, lămpilor şi proiectoarelor din teatre şisăli de concerte, unde variatoarele asigur ă o aprindere şi stingere lentă a luminii.Aceste variatoare au o utilizare tot mai largă în ultimul timp în calitate de

contactoare electronice de curent alternativ, mai ales pentru sarcini puternicinductive şi cu porniri dese. La astfel de contactoare nu apare arcul electric ladeconectare, deoarece tiristoarele se deconectează la un curent egal cu zero.Motoarele asincrone fac parte din grupul acestor sarcini, iar micşorarea tensiuniireduce curentul de pornire de 2-3 ori, ceea ce exclude unul din dezavantajele principale ale acestor motoare.

Însă motoarele asincrone sunt pretenţioase la o formă nesinusoidală a tensiunii sU , când scade randamentul şi factorul de putere din cauza armonicilor superioare.

De aceea VCA nu se utilizează pentru reglarea în regim staţionar, ci numai pentru pornirea lor lină. Timpul de pornire este scurt, de aceea pierderile adăugătoaredatorate formei nesinusoidale a tensiunii de ieşire nu reuşesc să încălzeascămotorul. După pornire motorului îi este aplicată o tensiune nominală prindeschiderea tiristoarelor în momentele de comutaţie naturală ά=0, sau motorul estetransferat printr-un contactor electromagnetic la o alimentare directă de la reţea.

Funcţionarea variatoarelor trifazate cu 6 tiristoare este identică cu cea a

variatoarelor monofazate cu 2 tiristoare numai în caz , dacă nulul sarcinii trifazateeste conectat la nulul reţelei. În acest un variator trifazat se transformă în 3variatoare monofazate, care funcţionează autonom cu un defazaj de 120º.

În caz dacă nulul sarcinii trifazate este izolat, func ţionarea se complic ădatorit ă interac ţiunii curen ţilor dintre faze , iar forma tensiunilor se înr ăutăţeşteşi mai mult. La deschiderea următorului tiristor, - iar această deschidere are loc peste fiecare 60º - tensiunile dintre toate fazele se schimbă brusc, deoarecetiristorul cu un curent mai mic se blochează. La blocarea tiristorului unei faze,regimul simetric trifazat se transformă într-un regim bifazat. La o funcţionare bifazată tensiunea de fază este egală cu 1/2 din tensiunea de liniere. Influenţareciprocă a curenţilor de fază depinde de 2 factori : de unghiulά şi de caracterulsarcinii. În cazul unor unghiuri mari curentul unei faze poate să se întrerupă chiar înainte de deschiderea tiristorului următor. Analiza funcţionării lor poate fi f ăcutărelativ simplu doar pentru o sarcină activă. Dependenţa diferită a acestor regimuride unghiul de comandă ά poate fi împăr ţită în mai multe intervale :

Dacă ά=0 º, are loc regimul simetric de conducţie trifazată; Dacă 0<ά<60 º, în conducţie se află când 2, când 3 tiristoare ; Dacă 60º<ά<90 º, în orice moment se află în conducţie 2 tiristoare (fig. 3.4,unde prin K R , K S , K T sunt notate duratele de conducţie a fazelor R,S,T);

Dacă 90º<ά<150 º, alternează regimurile de conducţie bifazată şi deconducţie întreruptă (fig. 3.5) [14];




Dacă 150º<ά<180 º, atunci are loc numai regimul de conducţie întreruptă,ceea ce înseamnă, că diapazonul de reglare a unghiuluiά este cuprins înintervalul 0-150º, adică este mai cu 30º faţă de variatorul monofazat.

La o sarcină de tip motor asincron analiza se complică mult datorită apariţieiinfluenţei tensiunilor electromotoare (t.e.m).

Fig. 3.4. Formele de undă ale VCA trifazat la o sarcină rezistivă şi ά =75 º




Fig. 3.5. Formele de undă ale VCA trifazat la o sarcină rezistivă şi ά =105 º




3.1.2 Softstartere industriale moderne de pornire a motoarelor electrice

3.1.2.1 Avantaje, domenii de utilizare şi clasificareDupă cum a fost menţionat, variatoarele moderne de curent alternativ, utilizate

pentru pornirea lină a motoarelor asincrone (MA), se numesc softstartere

(Устройства плавного пуска ). Ele au aceeaşi schemă de for ţă cu 2 tiristoareobişnuite în fiecare fază, sau numai în 2 faze, şi aceleaşi principii de reglare ca şivariatoarele clasice, însă sistemul lor de comandă este realizat cu microcontroler programabil. Acest lucru a ridicat performanţele lor în ceea ce priveşte diversitateafuncţiilor realizate, flexibilitatea şi simplitatea de acordare a parametrilor,diagnosticarea şi semnalizarea regimurilor de funcţionare, legătura cu altedispozitive. Toate aceste performanţe au lărgit considerabil domeniile de utilizarepractic ă ale starterelor pentru pornirea lină a motoarelor diferitor mecanismetipice şi speciale, care din punct de vedere tehnologic nu impun o reglare a turaţiei

în diapazon larg, de exemplu a pompelor, ventilatoarelor, compresoarelor,conveierelor, mixerelor, centrifugelor, concasoarelor, maşini de măcinat, tăiat etc.Datorită creşterii line a tensiunii starterele asigur ă o micşorare a curentului de

pornire al motoarelor acestor mecanisme de (1,5-2,0) ori - de la 5 7 I la (3-4)I N , în funcţie de cuplul de sarcină de la arborele motorului. Însă pentru a asiguraun cuplu necesar de pornire, valoarea minimă a tensiunii de ieşire trebuie sădepăşească Umin=(0,4-0,5)U N . Evident că timpul de pornire în aceste cazuri creştede la 1 3 s la 15-30 s (fig. 3.6, a). O urnire din loc mai efectivă se obţine încazul unui impuls iniţial scurt de 100-200 ms de 100 % din tensiunea nominală

(funcţia BOOST), după care amplitudinea poate micşorată chiar sub 40%, deoarececuplul de sarcină după urnire din loc scade, ceea ce condiţionează o micşorare maisemnificativă a curentului de pornire (fig. 3.6, b ).

b)Fig. 3.6. Moduri de variaţie a tensiunii softstarterelor în timpul pornirii

Variaţia curentului motorului la o pornire directă, stea-triunghi şi cu softstartere

tiristorizate este ar ătată în figura 3.7, a , iar în figura 3.7, b sunt prezentatecaracteristicile mecanice –dependenţa cuplului electromecanic de turaţia M(n) -ale motorului la 3 valori ale tensiunii de alimentare; (0,6;0,85 şi 1,0)U N , şi f=f N=






Un alt avantaj principal al acestor convertoare constă nu numai în posibilitatea simplă de micşorare a curentului de pornire prin micşorarea tensiuniicorespunzătoare în buclă deschisă, ci şi limitarea (stabilizarea) acestui curent în buclă închisă cu traductor şi regulator de curent. Schema funcţională a unei astfelde bucle analogice este prezentată în figura 3.10. Curentul de intrare al

variatorului este măsurat cu 3 transformatoare de curent şi redresat cu o punte dediode, însă valoarea curentului de reacţie de la ieşirea acestei punţi este aplicată laintrarea regulatorului în cel mai simplu caz prin dioda Zener VD1, care sestr ă punge numai când curentul atinge valoarea maxim admisibilă. În schemelestarterelor moderne este prevăzută cu o acordare reglabilă şi programabilă atensiunii de reacţie negativă a curentului. Acest principiu permite numai ostabilizare a cuplului maxim al motorului, ceea ce este necesar în cazul unor porniri îndelungate ale ventilatoarelor centrifugale, suflantelor sau altor mecanisme cu iner ţie mare.

Caracteristica electromecanicărelativă a motorului – dependenţacurentului de turaţie – la o porniredirectă cu curent necontrolat şi la o pornire lină cu starter şi curentmaxim limitat Imax /I N=3 =const, estear ătată în figura 3.11, a. Proceseletranzitorii de variaţie a curentului şia vitezei motorului în timpul porniriicu un astfel de curent limitat suntilustrate de figura 3.11, b [17].

Fig. 3.10. Schema funcţională delimitare a curentului maxim almotorului în buclă închisă analogică

a) b)

Fig. 3.11 Caracteristici electromecanice şi procese tranzitorii de variaţie acurentului şi vitezei motorului în timpul pornirii cu curent maxim limitat

Motorul asincron în scurtcircuit este simplu şi ieftin, de aceea serveşte ca „cal






gamă poate fi împăr ţită în 3 clase principale de putere şi complexitate diferită :1) Simplificat ă , compact ă şi de putere mic ă;2) Universal ă , flexibil ă şi de putere mijlocie;3) Avansat ă, complex ă şi de putere mare.

Clasa simplificată, compactă şi de putere mică prevede o reglare analogică a

tensiunii unei singure faze din trei, sau a 2 faze ale motorului. Acordarea parametrilor principali în această clasă se efectuează cu ajutorul a 3-4 potenţiometre, scoase pe partea frontală împreună cu diodele luminiscente desemnalizare. Masa şi gabaritele dispozitivelor sunt atât de mici, încât pot fiinstalate pe şina standardizată DIN 35mm .

Clasa universală şi de putere mijlocie aste prevăzută, de regulă, cu funcţiiadăugătoare de protecţie a motoarelor şi pentru 2 regimuri de pornire :

Pornire normal ă , cu timp de pornire relativ mic (15-30) s, utilizată pentru mecanisme cu moment de iner ţie mic – pompe, compresoare,

conveiere de lungime scurtă, elevatoare, scări rulante, uşi automate şi altele Pornire grea , cu timp de pornire mai mare (30-90s), utilizată pentruventilatoare centrifugale, suflante, mori, concasoare, mixere, conveiere delungime mare şi altele.

Clasa de putere mare este realizată cu tiristoare în toate fazele motorului, cumicrocontroler de comandă digitală, cu funcţii complexe şi avansate de protecţie,cu posibilităţi lărgite de funcţionare în reţea computerizată, cu indicator de afişareşi indicare. Din această clasă fac parte şi starterele de tensiune înaltă-2300-6600V..

Unele startere sunt programate pentru o inversare a motorului prin modificareasuccesiunii a 2 faze de intrare cu ajutorul a 2 contactoare electromagnetice

Softstartere industriale moderne Tabelul3.1CompaniaClasa

Siemens Schneider Electric

ABB Danfoss MitsubishiElectric

LovatoElectric

Simplă,compactă

Sirius3RW301-55kW

Altistart01 N1

0,3-5,5kW

PSS1-11kW

MC 10,1-11

kW

SolstartRVS-AX4-30kW

Universalăflexibilă

3RW4075-250kW

Altistart01 N2

0.7-75kW

PSS7,5-

160kW

MCD-201

7-110kW

RVX-DX4-90kW

ADX7-132kW

Avansatăcomplexă

3RW4415-710kW

Altistart484-1299kW

PST15-

1400kW

MCD-3000

7-800kW

RVS-DN4-1550kW

ADX160-639

kWTensiune

înaltăHRVS-DN

300-9700kW

Unele din aceste tipuri de startere includ, la rândul lor, unele modificaţiispeciale de utilizare, de exemplu pentru pompe, pentru motoare alimentate de ladiesel-generatoare maritime, cu execuţie antiexplozivă pentru mine şi altele.




3.1.2.2 Dispozitive de pornire lin ă a motoarelor SIRIUS 3RW alecompaniei Siemens

Pentru pornirea lină a motoarelor cu puteri până la 55 kW şi curenţi până la100 A firma germană Siemens a elaborat 4 modificaţii simplificate şi compacte de

startere SIRIUS 3RW30 , care au următoarele particularităţi: reglează tensiunea cu ajutorul tiristoarelor numai în 2faze, cea de-a 3 fază este conectată direct, ceea ce simplificăschema de for ţă;

sistemul de comandă şi reglare este simplu, deoareceeste realizat cu elemente analogice f ăr ă programare a parametrilor principali ai motorului, pentru acordarea lor fiind prevăzute doar 3 potenţiometre pentru reglajul timpului de pornire în intervalul 1-20 s, valorii minimă a tensiunilor

iniţiale în diapazonul 40 100 % şi a timpului de oprire -1-20 s; execuţia constructivă compactă este elaborată înaceleaşi dimensiuni şi gabarite cu celelalte aparate şidispozitive de comutaţie SIRIUS 3R cu instalare pe şinastandardizată DIN 35 mm, utilizate pentru comanda şi protecţia motoarelor asincrone, (întrerupătoarele automate,relee, contactoare).

În figura 3.12 este reprezentată o montare consecutivă aunui întrerupător automat de protecţie şi a unui starter

simplificat 3RW30, care are practic aceleaşi gabarite.Aşadar, aceste startere constituie o variantă alternativă şicompatibilă cu performanţe mai ridicate şi cu preţuriconcurente cu variantele clasice ale contactoarelor electromagnetice, inclusiv cu cele de pornire „stea-triunghi”,care impun utilizarea a 3 contactoare electromagnetice.

Fig. 3.12. Starter 3RW30 al companiei SiemensÎn figura 3.13 sunt ar ătate şi celelalte clase de startere ale companiei Siemens

de puteri mijlocii 3RW40 şi puteri mari 3RW44, care sunt, de asemenea, compacte

Fig. 3.13. Clase principale de startere SIRIUS 3RW ale companiei Siemens




3.1.2.3 Softstartere Altistart ale companiei Schneider Electric(Telemecanique)

Acesta startere au cam aceeaşi nomenclatur ă de modificaţii şi funcţii realizate,însă sunt prevăzute pentru pornirea lină a motoarelor trifazate şi monofazate,deoarece reglează tensiunea într-o singur ă fază (Altistart 01N1cu puteri 0,37-5,5

kW), sau în 2 faze (Altistart 01N2 cu puteri 0,75-15 kW). În plus asigur ă pornireaîn cascadă a 3-4 motoare. În figura 3.14 sunt ar ătate a spectul exterior şiinstalarea acestor modificaţii compacte pe şina DIN 35 mm, iar în figura 3.15 -schemele lor de conexiune cu sau f ăr ă contactor de linie şi de comandă cu 2conductoare (un singur semnal) sau 3 conductoare (2 semnale discrete).

Fig.3.14 Starterele Altistart01N1 şi Altistart01N2 ale companiei Schneider Electric

Fig. 3.15. Scheme de conexiune şi comandă cu 2 sau 3 conductoare ale starterelor




În primul caz starterul se comandă cu un singur semnal logic static, aplicat laintrarea LI2: starea 1 corespunde regimului START , iar starea 0 – regimuluiSTOP. La o comandă cu 2 semnale dinamice, aplicate la intr ări diferite, semnalulSTART de la intrarea LI2 poate fi scurt (dinamic), la fel ca şi semnalul STOP dela intrarea LI1. În ambele cazuri aplicarea acestor semnale exterioare poate fi

realizată cu ajutorul a 2 butoane – unul cu contact normal-deschis, iar altul cucontact normal-închis.Starterele Altistart 01N1 conţine 1 semnal discret de ieşire LO1, în forma unui

tranzistor cu colectorul deschis şi un releu R1 pentru a semnaliza finalizarea procesului de pornire, iar modificaţia Altistart 01N2 include semnalul LO1 şi 3relee de ieşire R1A-R1C, unul dintre care poate fi utilizat pentru finalizare procesului de oprire, iar altul – pentru defecţiuni posibile. Diagramele semnalelor de funcţionare în regimurile de pornire şi oprire sunt reprezentate în figura 3.16.

Fig. 3.16. Diagramele semnalelor de funcţionare în regimuri de pornire şi oprire

Modificaţiile Altistart 01 asigur ă şi funcţiaBOOST, reprezentă grafic în figura 3.6, b ,conform căreea motorului i se aplică înmomentul iniţial de pornire un impuls scurt de100 % din tensiune, care se micşorează bruscdupă ce motorul se urneşte din loc.

În cazurile, când este necesar ă o inversare amotorului de acţionare a unor mecanisme, cumsunt de exemplu benzile transportoare sauconveierele, ea se realizează prin metodaclasică – cu 2 contactoare electromagnetice deintrare KM2 şi KM3, care schimbăsuccesiunea a 2 faze statorice (fig. 3.17).

Fig. 3.17. Schema de inversare a motorului




Softstarterele avansate şi de putere mare (4-1200 kW) Altistart48 îmbinăfuncţiile de pornire-oprire cu funcţiile de protecţie ale motoarelor de acţionare, precum şi de funcţionare ale acestora într-un sistem complex de automatizare. Înafar ă de protecţiile menţionate mai sus, aceste startere permit o încălzire prealabilăşi uscare a izolaţiei motorului in curent continuu limitat (dacă aceasta este

necesar ă). Ele nu conţin contactor incorporat de şuntare, însă pot asigura prin releede ieşire comanda unui contactor By-pass exterior şi a unui contactor de linie. În plus, ele pot asigura pornirea consecutivă şi individuală a câtorva motoare, fiecaredintre care este transferat automat după pornire la o alimentare directă de la reţea.

Indicatorul digital, destinat pentru programarea şi diagnosticarea starterului, poate fi instalat pe uşa dulapului de instalare (fig. 3.18). Pentru o funcţionare înreţea sunt prevăzute 4 semnale discrete de intrare LI1-LI4, 2 semnale discrete deieşire LO1-LO2, 3 relee R1-R3 de ieşire şi 1 semnal analogic de ieşire 4-20 mA, ointerfaţă standardizată RS 485 pentru legătura cu calculatorul (fig. 3.19 ).

Fig. 3.18. Softstarterul avansat Altistart 48 al companiei Schneider Electric




Scheme de conexiuni exterioare a softstarterelor Altistart 48 cu contactor adăugător de şuntare este ilustrată de figura 3.19 .

Fig. 3.19. Schema de conexiuni exterioare ale softstarterelor Altistart 48

Puterea maximă de 1200 kW este obţinută la oconexiune în triunghi a fazelor motorului şitiristoarelor convertorului Altistart48, când tensiuneade fază este egală cu cea de linie, iar curentul de fază

este mai mic decât curentul de linie : IF=IL/1,73 (fig.3.20). Acest lucru permite de ales, deexemplu unul şiacelaşi starter de1200 A pentru unmotor de 630 kW la oconexiune stea sau pentru un motor de

1200 kW la oconexiune triunghi.Fig. 3.20. Scheme de conectare a starterului şi motorului în triunghi




O funcţie unicală a convertoarelor Altistart 48 este cea de pornire consecutivă şiindividuală a mai multor motoare, ceea ce permite, de exemplu, automatizareaunei staţii întregi cu 3-5 agregate identice de pompare sau de ventilare (suflanteale instalaţiilor de epurare a apelor riziduale, care au regim de pornire îndelungat) .În figura 3.21 este ar ătată schema de for ţă, care realizează această automatizare şi

selectare a agregatului dorit. Pentru aceasta fiecare motor este prevăzut cu 2contactoare electromagnetice clasice de alimentare – unul pentru pornire prinintermediul starterului, iar al doilea pentru o alimentare directă de la reţea.

Fig. 3.21. Schema de pornire în cascadă a mai multor motoare cu 1 starter ATS 48

Acordarea şi configurarea computerizată a starterelor ATS 48, la fel ca şi aconvertizoarelor de frecvenţă Altivar, se face prin softul PowerSuite .




3.1.2.4 Softstartere PSS şi PST ale companiei ABB

Compania ABB divizează modificaţiile starterelor sale PSS şi PST dupăcurentul nominal al lor. Însă curentul acestor modificaţii depinde nu numai detensiunea de alimentare (230, 400, 480, 690 V), ci şi de conexiunea motorului –

stea sau triunghi. La o conexiune triunghi starterul poate fi ales la un curent maimic (fig. 3.22). Clasa simplificată şi compactă cuprinde modificaţiile PSS 03, PSS12, PSS 25 (3,12,25 A) (fig. 3.23 ), iar clasa universală şi flexibilă – mai multemodificaţii : PSS 18/30...PSS 300/515 (18-300 A) la o tensiune 3x400V (fig. 3.24).

Fig. 3.22. Dependenţa curentului starterului de conexiunea Y sauΔ a motorului

Fig. 3.23. Startere simplificate şi compacte PSS 03, PSS 12, PSS 25 ale companieiABB şi panourile lor de acordare şi semnalizare




Alegerea starterului se efectuează în funcţie de puterea nominală a motorului,modul de conexiune al lui şi caracterul de pornire – normală sau grea almecanismului de acţionare.

Fig.3.24. Starter universal şi flexibil PSS 18/30 şi panoul său de acordare

Softstarterele cu protecţii şi funcţii avansate PST (fig. 3.25 ) sunt prevăzute pentru curenţi 30/52 - 1050/1810 A şi realizate cu microcontroler, ceea ce permiteo acordare digitală a parametrilor, o memorizare a mai multor seturi de parametri pentru diferite motoare sau mecanisme de acţionare – pompe, ventilatoare,transportoare, o afişare a informaţiilor principale pe indicatorul digital în una din12 limbi europene diferite etc.

Fig. 3.25 Softstartere PST 72 şiPSTB 1050 cu contactor by-passincorporat ale companiei ABB




3.1.2.5 Startere RVS ale companiei Mitsubishi Electric

Cea mai bogată nomenclatur ă de startere analogice şi digitale este produsă decompania Mitsubishi Electric (tab.3.1). Clasa simplificată şi compactă estereprezentată prin 2 tipuri – miniatur ă Solstart (fig. 3.36, a ) şi compactă RVS.-BX

(fig. 3.26. b ) cu curenţi 8, 17, 31, 44, 58 A şi tensiuni 230, 400, 480, 580 V. Primultip asigur ă o reglare analogică a tensiunii unei singure faze a motorului, de aceeaaceastă fază poate fi şuntată după pornire cu un releu obişnuit. Cea mai micămodificaţie a acestui tip(Solstart 8-400) aredimensiuni foarte mici -45x75x110 mm şi cântăreşte0,42 kg. Modificaţia identicăRVS-BX-8-400 are gabarite puţin mai mari – 65x190x114mm şi cântăreşte 1,15 kg,deoarece controleazătensiunea a 2 faze Comandaacestor startere se efectueazădin exterior prin contacteobişnuite de releu. a) b)

Fig. 3.26. Startere simplificate analogice Solstart şi RVS-BXClasa a doua de startere cu funcţii adăugătoare de protecţie a motorului este

reprezentată, de asemenea, de 2 tipuri : cu comandă analogică - RVS-AX şi cucomandă digitală – RVS-DX (fig. 3.27, a ) şi curenţi de la 8 A şi până la 170 A laaceleaşi tensiuni Varianta digitală este înzestrată cu un display şi cu funcţiimultiple de comandăşi diagnosticare.

Clasa a treiaRVS-DN (fig. 3.27,b) cuprinde toatăgama posibilă de

curenţi - 8-2700 A latensiuni până la 690V şi realizează celemai avansate funcţiide reglare comandă, protecţie, afişare,diagnosticare şicomunicare în diferitereţele deautomatizare. a) b)

Fig. 3.27. Softstartere digitale şi avansate RVS-DX şi RVS-DN




Compania Mitsubishi Electric este singura companie, la ora actuală, care produce softstartere HRVS-DN de tensiuni înalte 2300-6600 V şi curenţi 50-850A. În caz de necesitate aceste valori maxime ale tensiunii şi curentului pot fidepăşite. Aceste convertoare au evident gabarite mai mari şi o construcţie dedulap cu diferite variante de execuţie – IP00, 32, 65 (fig. 3.28 ), care permit

funcţionarea în condiţii grele de exploatare. Contactoarele de intrare şi de şuntare atiristoarelor după pornire sunt prevăzute cu o amplasare în vacuum a contactelor de putere, ceea ce exclude apariţia arcului electric la deconectare. Sistemul digital decomandă şi reglare prevede variante opţionale de acordare şi asigur ă o protecţiecomplexă ( 15 la număr) a motorului de acţionare, inclusiv protecţia la apariţiacurentului de scurgere sau str ă pungere la corp (masă).

Fig. 3.28. Softstartere HRVS.DN de tensiune înaltă ale companiei MitsubishiElectric

Ultima generaţie a starterelor de pornire lină a motoarelor electrice alecompaniei Mitsubishi Elctric include unele modificaţii mai performante, bazate peultimele realizări ale ştiinţei şi tehnologiei moderne. Unele din aceste modificaţiirealizează şi regimul de frânare electrică dinamică (în curent continuu) a motoruluiasincron de acţionare.




3.1.2.6 Dispozitive de pornire lin ă MCD ale companiei Danfoss

Compania daneză Danfoss produce toate cele 3 clase principale de startere pentru pornirea lină a motoarelor, numindu-le Motors Controllers : MCI, MCD201, MCD 202 şi MCD 3000. Prima clasă este cea mai simplă, fiind destinată

numai pentru o reglare liniar ă şi în buclă deschisă a tensiunii motoarelor cu puteri0,1-11 kW (fig. 3.29 ). Variatoarele clasei a doua MCD 201, MCD 202 asigur ă, înafar ă de pornirea lină, câteva funcţii adăugătoare - de limitare a curentului de pornire în buclă închisă şi de protecţie a motoarelor la un timp de pornire maxim,la temperatur ă maximă, la inversarea fazelor de alimentare şi altele. Ambele tipurisunt prevăzute pentru puteri în diapazonul 7-110 kW (15-150 A) (fig. 3.30).

Fig 3.29. Starter MCI Fig. 3.30. Startere MCD 201 şi MCD 202

Cele mai performante însă sunt variatoarele MCD 3000 (fig. 3.31 ), atât înceea ce priveşte diapazonul de puteri – (7-800) kW, cât şi funcţiile realizate, şianume :

– realizează mai multe funcţii de comandă, reglare, protecţie şi interfaţă; – asigur ă o programare flexibilă a 49 de parametri, cei principali fiind împăr ţiţi

în 2 grupe: de acordare principală 1-9 şi auxiliar ă 25-33; – conţin un indicator numeric, cu 11 diode luminiscente de semnalizare, 4

butoane de comandă şi 4 taste de programare; – în caz de instalare în motor a unui traductor de temperatur ă (termistor),

calculează după un model termic şi afişează temperatura reală a motorului; – în timpul funcţionării motorului pe display se indică sau curentul, sau

temperatur ă motorului; – prevăd o comandă locală sau la distanţă (LOCAL / REMOTE); – în momentul conectării tensiunii de alimentare a sistemului de comandă se

verifică toate diodele de semnalizare prin aprinderea lor timp de o secundă;




– permit o comandă şi o monitorizare exterioar ă printr-un computer saucontroler programabil conducător (MASTER) şi printr-o interfaţă serialăstandardizată RS 485 ;

– asigur ă o blocare temporizată a pornirii următoare faţă de momentul ultimeideconectări;

– în cazul dispariţiei tensiunii de comandă şide for ţă memorizează starea anterioar ă avariatorului şi regimul de comandă„LOCAL / REMOTE” pentru a bloca pornirea în regim „LOCAL” sau a porniautomat motorul în regim „REMOTE” dupăreapariţia tensiunilor.

În afar ă de aceste performanţe variatoareleMCD 3000 se produc în toată gama de puteri

medii 7 800 kW şi de tensiuni joase 3 200 690 V , cărora le corespund curenţi dela 20 A (MCD 3007) până 1564 A (MCD 3800).Alimentarea schemei de for ţă însă este separatăfaţă de cea a schemei de comandă.

Fig. 3.31. Starter MCD 3000Schema de conexiuni exterioare a variatoarelor MCD 3000 este reprezentată în

fig. 3.32 Alimentarea schemei de for ţă poate fi efectuată printr-un contactor

electromagnetic de linie K1M, însăacesta nu este obligatoriu. Pentruşuntarea variatorului sau asigurareafrânării dinamice este necesar ă şuntarea bornelor de ieşire T2 şi T3 prinintermediul unui alt contactor K2M.Aceste contactoare pot fi comandate princontactele a 3 relee programabile deieşire: releul A – bornele 13 şi 14; releul

B – bornele 21,22 şi 24 şi releul C – bornele 33 şi 34. Aceste relee pot fi programate, de asemenea, şi pentru altefuncţii.

Comanda la distanţă se realizează prinurmătoarele 4 contacte exterioare:START (bornele 15 şi 16); STOP(bornele 17 şi 18); RESET (bornele 25 şi26); SETAREA PARAMETRILOR (bornele 15 şi 16).

Fig. 3.32. Schema de conexiuni MCD 3000




3.1.2.7 Startere ADX ale companiei italiene Lovato Electric

Principii şi funcţii asemănătoare au şi softstarterele ADX ale companieiitaliene LOVATTO ELECTRIC (fig. 3.33) . Aceste variatoare pot fi programate pentru mai multe variante ale cuplului de sarcină de la arborele motorului sau ale

momentului de iner ţie al maşinii de lucru, în funcţie de care pornirea poate firelativ normală sau grea (îndelungată). În caz denecesitate , motorul poate fi conectat după pornirela o alimentare directă de la reţea, folosind uncontactor incorporat pentru puteri mici, sau uncontactor exterior pentru puteri mijlocii şi mari(fig. 3.34). O comutare identică este asigurată, deasemenea, în caz de deconectare avariată astarterului.

Reglarea tensiunii şi curentului motorului, precum şi controlul parametrilor lui principali, poate fi efectuată cu ajutorul unui computer personal, pentru care este prevăzută o interfaţăstandardizată RS 232, În plus la aceasta, mai prevede o funcţie „Auto Call”, care în anumitecazuri poate trimite chiar un mesaj SMS la telefonmobil. Fig. 3.33. Softstarterul ADX

Fig. 3.34. Schema de conexiuni exterioare ale softstarterului ADX la o comandănereversibilă a motorului



3.2 Convertizoare clasice de frecven ţă variabil ă cuinvertoare autonome

3.2.1 Clasificare şi proprietăţ i principale

Convertizoarele de frecvenţă variabilă (CFV) cu invertoare autonome(IA) reprezintă nişte convertoare electronice indirecte, care transformă energia decurent alternativ de tensiune şi frecvenţă constante de la intrare în energie de curentalternativ de tensiune şi frecvenţă variabile la ieşire , trecând această energie printr-o stare intermediar ă de curent continuu. Cu alte cuvinte , aceste convertizoareefectuează o dublă conversie a energiei de curent alternativ consumate : mai întâiea este redresată cu ajutorul unui redresor (выпрямитель) comandat saunecomandat şi filtrată cu ajutorul unui filtru inductiv sau capacitiv, apoi esteinversată cu ajutorul unui invertor (инвертор) autonom de curent (IAC) sau de

tensiune (IAT) (f ig. 3.35). O astfel de structur ă separ ă uşor 2 circuite de curentalternativ de frecvenţe diferite. Scopul ei – reglarea frecvenţială a vitezei motorului

Fig. 3.35. Schema de for ţă a unui convertizor de frecvenţă cu invertor autonom

Tipul redresorului şi al invertorului depinde de natura filtrului circuituluiintermediar de curent continuu. Dacă acest filtru este inductiv , având oinductivitate Ld relativ mare (Ld→∞), atunci circuitul intermediar se transformă însursă de curent, deoarece reactanţa Xd=ωLd→∞, ceea ce înseamnă, că pulsaţiiletensiunii redresate ud~(t) vor cădea pe această reactanţă, iar către invertor va fiaplicată doar valoarea medie a tensiunii redresate Ud. Ca urmare, pulsaţiilecurentului redresat id~(t) vor fi nule: id~(t)=ud~(t)/Xd = 0, adică curentul redresat id(t)va fi filtrat ideal: id(t)=Id =const.

Acest curent continuu este transformat apoi de invertor într-un curent alternativdreptunghiular cu o amplitudine I2m=Id în cazul unui invertor monofazat , deoareceinvertorul se alimentează de la o sursă de curent, pentru care Xd>>X2 , undereactanţa de sarcină a invertorului poate fi neglijată X2≈0. Tensiunea de ieşire ainvertorului u2(t) în acest caz reprezintă o reacţie (cădere de tensiune) a curentuluidreptunghiular de ieşire i2(t) pe impedanţa Z2 : u2(t)=Z2i2(t), unde pentru o sarcinăactiv – inductivă impedanţa 2

2222 X R Z (fig. 3.36). Curentul de ieşire i2(t),

având o formă dreptunghiular ă, conţine o armonică fundamentală sinusoidală i2(1)(t)=I2msin(2π f 2t) şi mai multe armonici superioare de frecvenţe superioare.



3.2 C ONVERTIZOARE CLASICE DE FRECVEN ŢĂ VARIABIL Ă 219

Fig. 3.36. Structura generală şi formele de undă ale invertorului autonom de curent

Un astfel de convertizor clasic de frecvenţă reglează cu ajutorul redresoruluicomandat, care în acest caz se numeşte redresor comandat de curent (RCC),tensiunea de ieşire u2(t), iar cu ajutorul invertorului autonom de curent (IAC) – frecvenţa de ieşire f 2. Evident, că pentru aceasta CFV trebuie să conţină un sistemde comandă al redresorului (SCR) şi un sistem de comandă al invertorului (SCI), precum şi un sistem de reglare automată (SRA), care să regleze raportul dintre u2(t)şi f 2. (fig. 3.36, a).

IAC are o schemă de for ţă simplă (cu un număr minim de ventilesemiconductoare – tranzistoare sau tiristoare) şi permită o frânare recuperativă amotorului asincron f ăr ă a adăuga un bloc adăugător de redresare. Însă acesteinvertoare posedă totuşi unele dezavantaje, care limitează utilizarea lor în

sistemele de acţionare electrică. În primul rând, ele nu sunt recomandate pentrusarcini activ-inductive, deoarece la blocarea ventilelor semiconductoare de putereapar nişte supratensiuni inductive de autoinducţie, care se suprapun pestetensiunea u2(t) şi înr ăutăţesc şi mau mult forma nesinusoidală a ei. Acestesupratensiuni apar din cauza, că IAC nu conţin diode inverse, care să reîntoarcăsursei de alimentare energia reactivă L2(i2)2/2 , acumulată inductivitatea de sarcinăL2 în timpul de conducţie al ventilelor. De aceea, la închiderea bruscă a lor,supratensiunile relativ mari de autoinducţie dt di Lt e 222 (în figura 3.36, a elenu sunt ar ătate) influenţează negativ asupra funcţionării motorului de acţionare şi

asupra izolaţiei lui. Pentru limitarea acestor supratensiuni la ieşirea invertoarelor decurent trebuie conectate nişte condensatoare de compensare a energiei reactive.În al doilea rând, IAC mai au încă un dezavantaj principal: nu pot funcţiona

normal la mers în gol , adică când Z2=∞ şi i2 (t)=0 . În acest regim tensiunea deieşire u2(t)→ ∞, ceea ce poate str ă punge tiristoarele sau tranzistoarele invertorului, dacă nu acţionează la timp blocul de protecţie la supratensiuni . În acest cazcurentul impus de sursă nu poate fi atins , deoarece Z2(φ2)=∞ , de aceea sistemul decomandă încearcă totuşi să instaleze curentul prescris , ridicând nelimitattensiunea. Pentru a exclude regimul de mers în gol în practică , motorul seconectează direct la ieşirea invertorului, f ăr ă nici un aparat de comutaţieintermediar.






3.2.2 Invertoare autonome clasice de tensiune dreptunghiulară nemodulată

Invertoarele clasice de tensiune şi frecvenţă variabilă, la fel ca şi cele moderne,destinate pentru reglarea vitezei motoarelor trifazate de curent alternativ, au oschemă tipică unică în punte, constituită din trei ramuri de tranzistoare T1–T6 şi

diode inverse D1–D6 (fig. 3.38, a). Principiul de funcţionare al acestor invertoarese bazează pe conducţia de 180̊ a fiecărui tranzistor, care este mai raţională faţăde conducţia de 120º, utilizată pentru redresoarele comandate trifazate. Ea secaracterizează prin unele particularităţi.

În primul rând, în fiecare moment de timp se află în conducţie nu două, ci treitranzistoare din faze (ramuri) diferite. Fiecare conducţie triplă de o durată de 60ºeste însoţită de trei tranzistoare consecutive : 1-2-3, 2-3-4. 3-4-5 ..., deoarece pestefiecare 60º se deschide următorul tranzistor. Pentru o sarcină pur rezistivă duratade conducţie a tranzistoarelor constituie 180 ( - radiani) (fig. 3.38, b). La o

sarcină activ-inductivă această durată se micşorează cu durată de conducţie adiodelor inverse, propor ţională cu inductivitatea sarcinii. Aceste diode se deschidîn momentul închiderii tranzistoarelor şi conduc curentul fazei respective înaceeaşi direcţie până la micşorarea lui până la zero, deoarece curentul unei sarciniinductive nu poate fi anulat brusc. Datorită acestor diode în momentul închideriitranzistoarelor nu apar supratensiuni.

În al doilea rând, conducţia de 180 a tranzistoarelor asigur ă diferite forme aletensiunilor de fază şi de linie la ieşire, formate din tensiunea de intrare Ud.Tensiunile de fază au o formă de piedestal cu două trepte de 3/d U şi o treaptă de

3/2 d U

, având astfel un conţinut de armonici superioare mai redus decât tensiunileliniare de formă dreptunghiular ă cu o amplitudine d U , durată de 120 şi o pauzănulă de 60 între alternanţele dreptunghiulare pozitive şi negative (fig. 3.38, b).Forma de piedestal a tensiunilor de fază se explică prin conducţia concomitentă a 3tranzistoare în fiecare interval de comutaţie de o durată de 60 , când curentul uneifaze este egal cu suma curenţilor celorlalte două faze, luate cu semnul opus, deexemplu B Ac iii , iar tensiunea de intrare d U este aplicată către două faze alemotorului, conectate în paralel, înseriate cu a treia fază. De exemplu, în cazulconducţiei tranzistoarelor T1-T5-T6 schema echivalentă este ar ătată în fig. 3.38, c,

D Bd C A U t uU t ut u32;31

Tensiunea de linie uAB(t) în acest interval: d d d B A AB U U U t ut ut u

32

31

În următorul interval de conducţie – T1, T2 şi T6 , schema echivalentă esteasemănătoare (fig. 3.38, d), însă tensiunile de fază îşi schimbă valorile:

d C Bd A U t ut uU t u31;

32

tensiunea de linie r ămânând aceeaşi : ;

31

32

d d d AB U U U t u




Celelalte patru intervale de conducţie sunt asemănătoare. În rezultat,tensiunile de fază în decursul unei perioade, constituite din şase intervale deconducţie diferite a tranzistoarelor, fiecare interval având o tensiune Ud/3 la oconexiune paralelă a fazelor motorului, sau 2Ud/3 la faza conectată în serie cucelelalte două. De aceea acest algoritm se mai numeşte clasic sau de şase pulsuri.

Amplitudinea armonicii fundamentale a tensiunii de linie în acest caz constituieaproximativ 1,1Ud , iar amplitudinea armonicii fundamentale a tensiunii de fază – 0,637Ud .Aceste tensiuni sunt tensiuni maxime, pe care invertorul le poate obţine laieşire în raport cu tensiunea de intrare Ud.. Evident, că o astfel de tensiune în treptede piedestal conţine un număr relativ mare de armonici superioare, careinfluenţează negativ asupra motorului asincron, mai ales la frecvenţe mici şi medii.Ele micşorează randamentul şi factorul de putere al motorului cu câteva procente.În prezent acest dezavantaj a fost înlăturat printr-o modulaţie cu frecvenţă înaltă atensiunii de ieşire.

d C

1 D

2 D

3 D

4 D

3T

4T

1T

2T

d I

d i

d U

)a

)b

5 D

6 D

5T

6T

A Z

B Z

C Z

d U

d U

31

d U

32

)c

A Z

B Z C

Z

d U

d U

31

d U

32

)d

t 2

t 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

01T

4T

1T

60

180 360

t 2

06T

3T

6T

3T

180

120

t 2

05T

2T

5T

2T

180

60

t 2

0d

U 32

3/d U

t U A

t 2

0

t U B

t 2

0 t U

AB

Fig. 3.38. Funcţionarea invertorului trifazat clasic de tensiune nemodulată




3.2.3 Sistemul de comandă şi reglare automată al unui invertor clasic

În figura 3.39 este prezentată schema funcţională tipică a unui CFV clasiccu redresor comandat (RC) şi invertor autonom de tensiune nemodulată (IAT),fiecare bloc (canal) având sistemul său de comandă, iar sistemul de reglare

automată scalar ă (SRA) este comun. SRA prevede măsurarea curenţilor de intrareşi ieşire ai convertizorului cu ajutorul transformatoarelor obişnuite de curent (TC)şi măsurarea tensiunii de ieşire cu ajutorul unui transformator trifazat T. Circuitulintermediar de curent continuu în acest caz prevede o baterie de condensatoare cuo capacitate Cf relativ mare, de aceea limitarea curentului de încărcare a ei şi esteasigurată de inductivitatea de filtrare LF , care are o impedanţă mult mai mică.Această inductivitate îmbunătăţeşte totodată forma curenţilor de intrare a RC.

Canalul de reglare a curentului şi tensiunii RC include elementele iner ţiale principale – LF şi CF , de aceea pentru compensarea lor acest canal prevede 2 bucle

corespunzătoare de reglare automată, legate în cascadă. Bucla interioar ă esteconstituită din traductorul (TCI) şi regulatorul curentului de intrare (RCI), precumşi din redresorul comandat cu sistemul său de comandă impuls fază (SCIF). Buclaexterioar ă stabilizează tensiunea de ieşire a invertorului, propor ţională cu Ud.

Pentru a asigura o stabilizare a cuplului maxim al motorului asincron (MA) lafrecvenţe mici (fig. 3.40, a), ca semnal de reacţie negativă al buclei de tensiuneeste utilizat semnalul de t.e.m. a statorului, amplitudinea căreea E1m este calculatăcu ajutorul calculatorului (CTE) pe baza relaţiei statice E1m=U1m- R 1I1m ,undeU1m-amplitudinea tensiunilor statorice, măsurate cu ajutorul transformatoruluitrifazat (T) şi redresate cu ajutorul diodelor traductorului de tensiune statorică(TTS); I1m- amplitudinea curenţilor statorici, măsuraţi cu ajutorul transforma-toarelor de curent TCA, TCB, TCC şi redresaţi de diodele traductorului curentuluistatoric (TCS) . Modulul acestor parametri este obţinută prin conectarea unor condensatoare de filtrare la ieşirea traductoarelor respective .

Canalul de reglare a frecvenţei invertorului nu include nici un elementiner ţial, de aceea acest canal nu prevede nici o buclă închisă de reglare, ci conţinedoar sistemul de comandă al invertorului (SCI). Acesta din urmă este alcătuit din 4dispozitive principale: generatorul de impulsuri (GI) cu frecvenţă variabilă şi propor ţională cu semnalul de prescriere |U p| , distribuitorul de impulsuri (DI)(6:1) f 1 , dispozitivul logic (DL) de inversare a succesiunii impulsurilor a 2 fazestatorice pentru un sens direct (D) sau invers (I) de rotaţie a motorului şi aamplificatoarele de impulsuri (AI) cu separare galvanică.

Reglarea coordonată şi propor ţională a amplitudinii E1m şi frecvenţei f 1 dupălegea E1m/f 1= const. (fig. 3.40, b) se realizează datorită faptului , că modululsemnalului de prescriere |U p| este comun pentru ambele canale . La intrarea SRA seaplică un semnal de prescriere U p=0-10 V pentru un sens direct de rotaţie a MAsau un semnal negativ U p=-(0-10) V pentru un sens invers de rotaţie a motorului.Durata necesar ă de pornire sau frânare a MA se instalează cu ajutorul elementului

de prescriere (EP), care are o caracteristică de tip rampă. La ieşirea acestuielement este conectat calculatorul de modul (CM) al semnalului de prescriere (Up)şi detectorul de zero (DZ), care formează semnalul logic D/I de inversare a MA.





3.3 Invertoare autonome moderne cu tensiune modulat ă în frecven ţă înalt ă

3.3.1 Principii de modulare a tensiunii

Invertoarele moderne au rezolvat practic problema formei nesinusoidale acurentului de ieşire al invertoarelor clasice printr-o fragmentare sau modulare aduratei constante de conducţie de 180º a fiecărui tranzistor, transformând-o înimpulsuri, lăţimea cărora variază după o lege sinusoidală (fig. 3.41). Acest principiu de modulare sinusoidală a duratei impulsurilor (MDI) este considerat ca principiu de bază al IAT moderne, fiind cunoscut în literatura rusă caсинусоидадьная широтно -импульсная модуляция (ШИМ ), iar în engleză – PWM, deoarece pe baza lui au fost elaborate şi alte principii asemănătoare.

Fig. 3.41. Formele de undă ale tensiunii şi curentului IAT cu modulaţie sinusoidalăa duratei de conducţie a tranzistoarelor

Un astfel de principiu nu necesită o altă schemă de for ţă a invertoarelor autonome faţă de schema clasică cu 6 tranzistoare şi 6 diode inverse (fig. 3.38, a),ci doar o altă schemă a sistemului de comandă al invertorului (SCI). În plus el permite o simplificare a CFV printr-u trecere la un redresor necomandat detensiune constantă şi un condensator de filtrare în circuitul intermediar de curentcontinuu cu o capacitate mai mică (fig. 3.42). În acest caz invertorului îi revinambele funcţii de reglare: atât a frecvenţei, cât şi a tensiunii de ieşire.

Fig. 3.42. Schema de for ţă a CFV cu redresor necomandat şi cu modulaţie PWM



3.3 I NVERTOARE AUTONOME CU TENSIUNE MODULAT Ă ÎN FRECVEN ŢĂ 226

O modulaţie sinusoidală a impulsurilor SCI poate fi obţinută prin comparareaunui semnal de referinţă triunghiular ă ur (t) de frecvenţă înaltă f r şi amplitudineUrm=const cu un semnal de comandă sinusoidal uc(t)=Ucmsinω ct de amplitudine şifrecvenţă variabilă: UCm=var; f c=var [15]. Această frecvenţă este egală cu frecvenţafundamentalei de ieşire a invertoruluiωc=ω 1 (f c=f 1), iar amplitudinile lor sunt

propor ţionale: U1m≡UCm . În exemplul din figura 3.43 f r =3f c , însă în realitatefrecvenţa de modulaţie este mult mai mare decât cea de comandă - f r »f c .

Fig. 3.43. Principiu de realizare a modulaţiei sinusoidale a tensiunilor IAT

Modulaţia sinusoidală se caracterizează prin 2 parametri principali :1) coeficientul de modulare în frecvenţă , numit şi indice de modulare

c

r f f f m

2) coeficientul de modulare în amplitudine , numit şi grad de modulare

rm

cma U

U m

Ultimul coeficient determină amplitudinea fundamentalei tensiunii de ieşire ainvertorului, deoarece valoarea medie a acestei tensiuni în decursul unei perioade

de referinţă 1

r r

T f . ad a fmed mU mU 2 . Dacă 0 1am , atunci 20 d fned U U ,

iar dacă 1am , atunci const U U d fmed 2 , adică se obţine la ieşire undă plină(nemodulată), ca şi la invertorul clasic.




Valoarea instantanee a tensiunii de fază a invertorului t U k t u

U U t u ccmucc

rm

d f sin2

1

Underm

d uc U

U k 2 - coeficientul de amplificare al IAT cu MDI în raport cu

amplitudinea semnalului de comandă. Dacă de exemplu, Ud=540 V şi Urm=9 V,atunci k uc=30.

Faptul acesta , ca frecvenţa semnalului sinusoidal de comandă este egală cufrecvenţa fundamentalei tensiunii de ieşire a IAT, iar amplitudinea acestui semnaleste propor ţională cu amplitudinea fundamentalei tensiunii de ieşire a invertoruluicu MDI este foarte important. Aceasta permite realizarea unei variante foartesimple a SCI, utilizând semnalul uc(t) pentru reglarea atât a frecvenţei, cât şi atensiunii de ieşire a invertorului.

În figura 3.44 este reprezentată schema de for ţă a unui convertizor trifazat de

frecvenţă variabilă şi elementele principale ale SCI cu modulaţie în durată aimpulsurilor de comandă. Această modulaţie se obţine prin compararea semnalelor sinusoidale de comandă (prescriere) a tensiunilor de fază u*1A , u*1B , u*1C ,defazate cu 120º, cu un semnal triunghiular de referinţă uОП de frecvenţă înaltă,utilizând 3 comparatoare (нуль -органы ) HOA , HOB , şi HOC . Dacă diferenţeleu1*-uОП sunt pozitive, atunci formatoarele Φ1,Φ3,Φ5 deschid tranzistoareleimpare 1,3,5 şi se formează impulsurile pozitive, iar dacă aceste diferenţe suntnegative, formatoarele Φ2,Φ4,Φ6 deschid tranzistoarele pare 2,4,6, care formeazăla ieşire impulsuri negative [16].

Fig.3.44 Sistem simplificat de comandă al invertorului cu modulaţie PWM tipică




Formele tensiunilor de comandă, de referinţă cu o frecvenţă f r =12f c şi de for ţăla ieşirea acestui IAT sunt ar ătate în figura 3.45. La fel ca şi la o comandă clasică,în fiecare moment de timp sunt deschise 3 tranzistoare din ramuri diferite, însădurata de conducţie a lor nu mai este în acest caz egală cu 180̊, ci este constituitădin mai multe intervale mici. Aceste intervale sunt notate în diagramele de undă

prin

61 f f , care constituie semnalele de ieşire ale formatoarelor Ф1 – Ф6 .Deoarece în fiecare comutaţie 2 faze ale motorului se conectează în serie cu a treia,tensiunile de fază iau doar 5 valori : 03

2,31 siU U d d .Tensiunile de fază sunt

egale cu 0, când sunt deschise toate tranzistoarele impare sau pare.

Fig.3.45 Forme de undă ale IAT cu MDI tensiunii invertorului

Aceste forme de undă sunt specifice MDI pentru o frecvenţă de referinţăf r =12f c. Aproximarea curentului de ieşire de forma sinusoidală, adică reducereaconţinutului de armonici superioare ale lui, vor fi cu atât mai bune, cu cîtfrecvenţa de referinţă (coeficientul mf ) este mai mare. Însă creşterea frecvenţei decomutaţie în practică este limitată de mai mulţi factori [15]:

- de timpul de blocare al tranzistoarelor invertorului;- de pierderile de comutaţie în tranzistoare- de micşorarea coeficientului de transfer în tensiune K U = Ul/Ud al păr ţii de

for ţă a invertorului sau aşa numitului randament în tensiune - raportul dintre




valoarea maximă a fundamentalei tensiunii unei faze modulate în durată U(1)f.m şi

valoarea corespunzătoare a tensiunii nemodulate (cu undă plină) Uf .m.n (fig. 3.46).De exemplu, pentru o conducţie de o semiperioadă a tranzistoarelor şi o

tensiune nemodulată coeficientulde amplificare al invertorului

este invers faţă de cel alredresorului.414,12 l d RU U U K 707,021 d l I U U U K

Pentru o tensiune modulatăPWM K uI≤0,5=var, iar randamentul în tensiuneU(1)

f.m/U(1)f.m.n<1 şi depind de

coeficientului mf şi de frecvenţade ieşire a invertorului f 1 (fig.3.46). Fig. 3.46. Dependenţa randamentului în tensiune de

frecvenţă şi de coeficientul de modulaţie în frecvenţăScăderea acestor parametri în cazul MDI este condiţionată de creşterea timpului

sumar, în decursul căruia tranzistoarele se află în stare blocată. Evident, căscăderea tensiunii de ieşire este însoţită , de o scădere corespunzătoare (neliniar ă) acurentului, iar ca urmare şi a puterii motorului asincron în acest caz. Însă lafrecvenţe mici, când f 1<f 1N/2 şi Uf <UfN, scăderea acestor parametri nu areimportanţă, deoarece este rezervă de tensiune. În schimb frecvenţa înaltă decomutaţie asigur ă la turaţii mici o aproximare relativ bună a formei sinusoidale încurent.

La frecvenţe de comutaţie relativmari ale invertoarelor moderne 3<f r <12kHz şi la turaţii mici ale motoarelor asincrone se obţine o modulaţiesinusoidală nu numai în lăţime , ci şi înamplitudine a fundamentalei tensiuniide ieşire (fig. 3.47).

Fig. 3.47. Modulaţia sinusoidală a tensiuniiIAT la turaţii mici ale motoruluiCa urmare, apare necesitatea de a avea un coeficient de modulaţie în

frecvenţă variabil: mare la turaţii (frecvenţe) mici, iar odată cu creştereafrecvenţei fundamentalei f 1 coeficientul mf trebuie să fie micşorat. Însă aceastămicşorare nu poate fi f ăcută arbitrar din mai multe considerente .

În primul rind , de coeficientul mf depind ordinul armonicilor superioare aletensinii de ieşire şi simetria ei.

În funcţie de valoare lui mf MDI poate fi:

- sincronă , când mf este un număr întreg,- asincronă , când mf este un număr raţional.

1

0,5

100 200

3 f m 6 f m

15 f m

(1)

(1)m

mn

U

U

0 f Hz

( )eU t

0 1t




Dacă mf este un număr întreg şi impar, atunci în forma de undă a tensiuniiapar numai armonici superioare impare. În practică mf se alege impar şi multiplu latrei, ca să fie excluse şi aceste armonici . Pentru valori mari ale lui mf undelesemnalelor de comandă şi de referinţă pot fi nesincronizate , deoarece nu seafectează calitatea tensiunii de ieşire . Însă pentru valori ale mf <9 este necesar o

sincronizare între aceste unde , altminteri în fundamentală apar ondulaţii nedorite.Astfel de ondulaţii apar, de asemenea , şi la o modulaţie asincronă , când mf este unnumăr fracţionar. În legătur ă cu acesta în regim de sincronizare este necesar ă , ocorelaţie corespunzătoare între semnalul de referinţă şi cel de comandă, care esteasigurată în practică de către microcontrolerul SCI .

Coeficientul de modulaţie în amplitudine ma însă nu influenţează asupraamplitudinilor armonicilor superioare , cu condiţia că mf să fie mai mare decât 9.Micşorarea lui mf sub această valoare, se efectuează în practică, la frecvenţe mari:f 1>f 1N=50 (60) Hz . La aceste frecvenţe ma>1, iar invertorul funcţionează cu 6 tacte

de comutaţie , adică f ăr ă modulaţie a impulsurilor tensiunii de ieşire, la fel ca învarianta clasică. În acest caz tensiunea Ud din circuitul intermediar este utilizată lamaxim (k U = k U max= 0,7).

Dezavantajul principal al modulaţiei tipice sinusoidale, descrise mai sus,constă în utilizarea aproximativ a 85 % din puterea motorului, deoareceamplitudinea maximă a tensiunii de ieşire a invertorului la o frecvenţă nominalăeste egală cu Ud/2. În legătur ă cu aceasta au fost elaborate şi alte strategii demodulaţie, lipsite de acest dezavantaj. Una din aceste strategii este modulaţiavectorială , utilizată la o comandă digitală directă cu microprocesor, care are maimulte variante, de exemplu cea cu 6 sau 8 vectori spaţiali de bază, sau cu calculeleintervalelor de conducţie ale tranzistoarelor cu ajutorul microprocesorului şi a unuimodel matematic mai complicat.

O altă variantă de modulaţie a IAT, mult mai simplă, este cea în curent şi în buclă închisă, descrisă mai jos.

3.3.2 Invertoare autonome de tensiune cu curenţi prescrişi

Reglarea frecvenţială a motoarelor asincrone în curent, adică de la o sursă decurent impus şi stabilizat, asigur ă un control mult mai efectiv al proceselor tranzitorii, deoarece limitează şocurile de curent şi de cuplu, iar ca urmare – şivariaţiile bruşte ale vitezei. O astfel de reglare asigur ă o protecţie foarte bună amotoarelor, ceea ce conduce la o creştere a termenului lor de funcţionare. Ea esteconsiderată optimă pentru sistemele de tracţiune electrică, care impun o limitareacceleraţiei sau deceleraţiei mijloacelor de transport a călătorilor.

Ca surse tradiţionale de curent pot servi invertoarele autonome de curent(IAC), care formează un curent dreptunghiular i(t) în fazele motorului, iar tensiunea constituie o reacţie a acestui curent în impedanţa de sarcină Z(φ),adicău(t) = i(t)Z(φ). Însă, după cum a fost menţionat în punctul 3.2, IAC la o sarcină

activ inductivă sunt însoţite de supratensiuni la fiecare comutaţie a tranzistoarelor de putere, de aceea nu pot fi recomandate pentru o modulaţie în frecvenţă înaltă acurentului.




Invertoarele autonome de tensiune (IAT), datorită diodelor inverse, potasigura o astfel demodulaţie a tensiunii, deoarece sunt lipsite de supratensiuni decomutaţie. Însă ele au un alt dezavantaj: în regimuri dinamice şocurile de curent şide cuplu ale motoarelor nu sunt controlate şi nici limitate. Acest dezavantaj însă poate fi exclus printr-o reglare în buclă închisă a curentului fiecărei faze a

motoarelor asincrone, alimentate de la IAT. O astfel de reglare frecvenţială directă,cu un regulator discret de curent cu buclă de histerezis în fiecare fază statorică,este reprezentată în figura 3.48, care îmbină avantajele IAT şi IAC şi asigur ă uncurent aproape sinusoidal [16].

Fig. 3.48. Schema funcţională a convertizorului de frecvenţă cu invertor autonomde tensiune, comandat în curent

În acest caz se măsoar ă, se reglează, se impune şi se urmăreşte valoareamomentană a curentului fiecărei faze statorice, utilizând 3 transformatoare decurent şi 3 regulatoare discrete (bipoziţionale ) de curent cu coeficient relativ marede amplificare, care reprezintă în variantă analogică nişte comparatoare. Laintrarea fiecărui regulator se aplică curentul real din faza respectivă, care secompar ă cu valoarea sinusoidală de prescriere a acestui curent, notată cu steluţă.Dacă abaterea curentului real de la valoarea prescrisă i este negativă, atunciregulatorul deschide tranzistorul impar al fazei respective, care asigur ă o creştere acurentului măsurat. În caz contrar se deschide tranzistorul par, care asigur ă omicşorare a curentului real. Ca urmare, în decursul unei semiperioadetranzistoarele invertorului se deschid şi se închid de multe ori, urmărind cavaloarea reală a curenţilor de fază să fie cât mai aproape de forma sinusoidalăimpusă (fig. 3.49). Deoarece frecvenţa maximă de comutare a tranzistoarelor estelimitată, în practică această limitare se realizează prin impunerea unei bucle de




histerezis de o anumită lăţime. Aceasta din urmă trebuie să fie cât mai mică,deoarece ea determină eroarea de supraveghere a formei sinusoidale. Evident, cădurata de conducţie şi frecvenţa de comutaţie a tranzistoarelor, la fel ca şi frecvenţade modulaţie a tensiunii, în acest caz sunt variabile .

Reglarea frecvenţei de ieşire a

invertorului se efectuează prinmodificarea frecvenţei semnalelor de prescriere a curenţilor, iar reglarea amplitudinii curenţilor deieşire – prin modificareaamplitudinii semnalelor de pre-scriere

C B A iii 111 ,, . Limitând aceastăamplitudine, se limitează în modautomat şi amplitudinea curenţilor şicuplul motorului, deoarece acestadin urmă este propor ţional cu pătratul curentului. Fig. 3.49. Principiul de urmărire a curentului

O astfel de reglare directă a curentului, prin comutarea tranzistoarelor invertorului şi modularea tensiunii lui de ieşire cu o frecvenţă înaltă, este simplă şi protejează motorul, însă nu este lipsită totuşi de dezavantaje. Unul din ele estecondiţionat de reglarea independentă a curentului fiecărei faze, în timp ce procesulde comutaţie a tranzistoarelor dintr-o ramur ă a invertorului, la o conectare în steaf ăr ă nul a motorului, influenţează curentul din altă fază. Ca urmare, la 3

regulatoare independente revin numai 2 coordonate independente. Acest lucru poate condiţiona nişte combinaţii nedorite de conducţie ale tranzistoarelor, întimpul cărora curentul real poate ieşi temporar din zona normală de reglare,determinată de bucla de histerezis, ceea ce conduce la o creştere a eroriimomentane (fig. 3.49).

O singur ă buclă de reglare, reprezentată în figura 3.48, asigur ă o stabilizare amărimii prescrise a curentului iS=iP=const şi o transformare a invertorului detensiune într-o sursă de curent. Un alt avantaj al acestei structuri constă în faptul,că cuplul motorului asincron este propor ţional cu pătratul curentului şi nu depinde

de frecvenţa statorului. Însă alimentarea motorului cu curenţi impuşi are ostabilitate scăzută, deoarece alunecarea maximă şi cuplul maxim în acest caz semicşorează, iar reacţia magnetică demagnetizantă a rotorului nu mai estecompensată de către curentul statorului.

Aceste dezavantaje însă pot fi eliminate printr-o completare a sistemului dereglare automată cu alte bucle exterioare , adăugând la buclele utilizate mai sus decurent nişte bucle exterioare de viteză sau tensiune electromotoare a motorului. Ovariantă mult mai bună în această privinţă, precum şi în alte privinţe, de exempluîn raport cu rapiditatea sistemului de acţionare, este utilizarea principiilor sistemelor de reglare vectorială. Aceste principi sunt descrise în paragrafulurmător.




3.3.3 Regimuri de frânare frecvenţială ale motoarelor asincrone

Convertizoarele de frecvenţă variabilă (CFV) pot asigura toate cele 3regimuri tipice de frânare electrică ale motoarelor asincrone (MA) -dinamică , reostatică şi recuperativă , care se aleg în funcţie de momentul sumar

de iner ţie al maşinilor de lucru. Pentru mecanismele cu moment de iner ţiecomparativ mic (conveiere, dozatoare), care necesită un timp de frânare nu maimare de câteva secunde, unele convertizoare industriale de frecvenţă prevăd o frânare dinamic ă în curent continuu a MA . Pentru aceasta în momentul apăsării butonului STOP invertorul PWM se transformă într-un chopper, care alimentează 2sau 3 faze statorice cu un curent reglabil continuu, ales după necesitate în limitele0 100 % faţă de curentul nominal alternativ.

Motorul asincron trifazat funcţionează în acest caz ca generator de curent continuu cu excita ţ ie independent ă şi cu înf ăşurarea indusului (rotorului)

scurcircuitată. Ca urmare, energia mecanică acumulată se transformă, mai întâi, înenergie electrică de curent alternativ în înf ăşurarea rotorică, apoi în căldur ă perezistenţele ei. Deoarece aceste rezistenţe sunt mici, curenţii rotorici de fază suntrelativ mari, mai ales la viteze mari, condiţionând o încălzire intensivă a rotorului.În legătur ă cu aceasta numărul maxim de frânări dinamice în curent continuu peor ă este limitat, mai ales la valori mari ale curentului de excitaţie, reglat cu ajutorultranzistoarelor invertorului. Regimul de chopper al invertorului se mai utilizează launele convertizoare şi pentru uscarea izolaţiei MA prin încălzire cu curent continuudupă o staţionare îndelungată a lor.

Pentru momente de iner ţie mai mari ( 0 0,3d N

M M ) se utilizează pe larg oaltă metodă de frânare electrică,denumită frânare reostatică prininvertor. Ea se obţine în acelaşimod ca şi frânarea recuperativă – prin micşorarea bruscă afrecvenţei invertorului şi obţinerearegimului de generator cualunecări negative ( 0S ), caretrebuie apoi menţinute în totdecursul procesului de frânare dincadranul II, până la 0 (fig.3.50). Fig. 3.50 Caracteristici mecanice de frânare

În acest regim motorul funcţionează ca generator asincron trifazat, transformândenergia mecanică de la arbore în energie electrică activă trifazată, care este apoiredresată de diodele inverse ale invertorului şi transmisă în circuitul de curentcontinuu, unde este disipată apoi într-o rezistenţă de frânare, conectată în serie cuun tranzistor de reglare în regim de chopper (f ig. 3.44; 3.48). Motorul consumă înacest regim de la condensatorul de filtrare al invertorului energie reactivă,necesar ă pentru crearea câmpului de magnetizare a circuitului magnetic. În regimde generator unghiul de defazaj 1 dintre curentul 1 I şi tensiunea 1U este deja mai




mare de 90 , iar 1cos 0 , deoarece se inversează faza curentului rotoric activ( /

2 0 I ), iar faza curentului reactiv de magnetizare r ămâne aceeaşi (fig. 3.51).

Fig. 3.51. Diagrame de fazori ale MA în regim de motor (a) şi generator (b)

În acest caz repartizarea componentelor active şi reactive de curent întretranzistoare şi diode se schimbă faţă de regimul de motor. În particular,componenta activă principală a curentului rotoric /

2 I este preluată de diodeleinverse, care funcţionează ca redresor, transmiţând energia activă a generatoruluiasincron în circuitul intermediar de curent continuu. Prin aceste diode se

reîntoarce, de asemenea, în timpul scăderii curentului 1i şi componenta reactivă I

,care în timpul creşterii curentului 1i este asigurată, ca şi în regimul de motor, decătre tranzistoarele invertorului.

Datorită transmiterii energiei active a generatorului asincron în circuitulintermediar de curent continuu, tensiunea de la bornele condensatorului în regimde frânare cu alunecare negativă începe să crească, ceea ce duce la blocareadiodelor redresorului necomandat de alimentare a CF. Pentru ca tensiunea de la bornele condensatorului, măsurată cu ajutorul unui traductor de tensiune redresată(TTd), să nu depăşească anumite valori maxime, un element de prag (un regulator),

deschide tranzistorul de frânare, înseriat cu o rezistenţă exterioar ă de frânare, încare energia activă generată se transformă în căldur ă (fig. 3.44; 3.48).A 3-a metodă de frânare – cea recuperativă este utilizată în cazul

momentelor mari de iner ţie ale maşinilor de lucru – centrifuge, ventilatoarecentrifugale, suflante. În ceea ce priveşte procesele din invertor - motor, ele nu sedeosebesc mult de cele din metoda precedentă. Însă la o frânare recuperativă estenecesar un convertizor reversibil de 4 cadrane, care să includă un redresor reversibil (activ). În convertizoarele moderne, cu recuperare a energiei de frânare,redresoarele reversibile au aceeaşi schemă de for ţă ca şi invertoarele autonome cu6 tranzistoare şi 6 diode (fig. 3.52). În regim de motor tranzistoarele acestuiredresor activ sunt blocate, iar diodele de redresare asigur ă alimentareainvertorului. În regim de generator cu frânare recuperativă curentul activ de sens




invers este preluat de tranzistoare. O asemănare par ţială poate fi obţinută şi în ceeace priveşte sistemul de comandă al tranzistoarelor redresoarelor active - comandaPWM (fig. 3.52)[16].

Fig .3.52. Schema convertizorului de frecvenţă cu redresor reversibil activ şi cufânare recuperativă

În afar ă de regimul de redresor – motor şi invertor - generator, redresorul activcu comandă PWM mai îndeplineşte încă o funcţie : minimizează armonicelesuperioare ale curentului consumat din reţea, asigurând un curent consumat saurecuperat practic sinusoidal şi un factor de putere unitar. Această funcţie se obţinesimilar ca la invertoare : prin compararea a 3 semnale sinusoidale de comandă defrecvenţă constantă de 50 Hz cu un semnal triunghiular de referinţă de frecvenţăînaltă. În acest caz tensiunile de fază au un număr mare de pulsuri, lăţimile cărorasunt modificate prin comandă. Pentru filtrarea acestor tensiuni şi curenţi la intrarearedresorului activ sunt necesare 3 reactoare, către care sunt aplicate valorilemomentane ale tensiunilor sinusoidale din reţea şi tensiunile modulate în durată.

În regim de frânare cea mai mare parte din curent este condusă de tranzistoare, pe când în regim de motor – de diode. Evident, că pentru stabilizarea tensiunii dincircuitul intermediar de curent continuu, sistemul de comandă PWM trebuiecompletat cu un sistem de reglare automată cu un traductor şi regulator de tensiuneredresată, Controlul curentului de recuperare poate fi f ăcut printr-o buclăinterioar ă, la fel ca şi în sistemele clasice : prin 3 transformatoare de curent de laintrarea redresorului, o punte de redresare cu diode de putere mică a curenţilor măsuraţi şi un regulator propor ţional integral de curent.



3.4 Sisteme de reglare automat ă vectorial ă a vitezei motoarelor asincrone

3.4.1 Principii generale de reglare frecvenţială vectorială

Reglarea frecvenţială scalară , efectuată în convertizoarele clasice, dupămodulul şi valorile efective ale parametrilor schemelor echivalente ale motoruluiasincron (MA), este simplă, ieftină în realizare, inclusiv în buclă deschisă, însăasigur ă performanţe statice şi dinamice scăzute. Ca urmare, durata proceselor tranzitorii este mare, fiind însoţită deseori de oscilaţii substanţiale. Un altdezavantaj al reglării scalare îl constituie diapazonul limitat de reglare a vitezeimotorului datorită pulsaţiilor cuplului şi regimului discret la frecvenţe mici. Deaceea această reglare se utilizează, de regulă, pentru mecanisme cu cerinţedinamice scăzute – pompe, ventilatoare, compresoare, centrifuge, conveiere şi

altele, regimurile principale ale cărora sunt cele staţionare.Pentru mecanisme cu funcţionare preponderentă în regimuri dinamice şi cucerinţe rigide în ceea ce priveşte precizia de stabilizare a vitezei în regimuri staticeşi durata regimurilor dinamice – ascensoare, macarale, vehicule de tracţiuneelectrică, strunguri ţi maşini unelte, laminoare – este recomandată reglareafrecvenţială vectorială . Această reglare asigur ă performanţe dinamice şi staticemult mai bune datorită controlului valorilor alternative instantanee ale motorului,care se reprezintă, de obicei, prin mărimi vectoriale sau prin componenteortogonale ale acestor mărimi, de unde provine şi denumirea respectivă. Ea sebazează pe diferite modele matematice ale motorului asincron şi pe orientareareciprocă a anumitor vectori ai lui într-un sistem de coordonate dreptunghiular rotativ (cu 2 componente ortogonale) sau polar (cu un modul rotitor şi .un unghide poziţie a acestuia în raport cu axa de referinţă).

În trecut acţionările electrice reglabile erau realizate, de regulă, cu motoarede curent continuu, alimentate de la redresoare comandate, deoarece acestemotoare permit o reglare simplă a vitezei şi într-un diapazon foarte mare. Sistemulde reglare automată (SRA) al acestor motoare, de asemenea, este simplu datoritămodelului matematic simplu şi posibilităţii de reglare separată a fluxului(curentului reactiv) de excitaţie şi curentului activ al indusului Ia , care determinăcuplul electromagnetic, dezvoltat de motor. Acest cuplu, care în caz generalconstituie o mărime vectorială im , pentru motoare de curent continuureprezintă un produs scalar, deoarece fluxul de excitaţie şi curentul indusului suntîn permanenţă defazaţi sub un unghi de 90º, datorită fixării periilor pe axeleneutre, iar fluxul este constant în timp şi în spaţiu [20]:

max90sin,sin M M I I I I m a E a E a E a E

Însă aceste motoare au o fiabilitate scăzută datorită colectorului, periilor şicontactului alunecător, un randament scăzut, masă şi gabarite relativ mari încomparaţie cu motoarele asincrone în scurtcircuit. Acestea din urmă au, la rândullor, un model matematic complicat (conţine un număr mare de ecuaţii) şi neliniar dorită produselor unor mărimi variabile. Dintre acestea fac parte inductivităţile





3.4 S ISTEME DE REGLARE AUTOMAT Ă VECTORIAL Ă 238

Trecerea de la sistemul trifazat real de coordonate al statorului a-b-c la sistemul bifazat artificial α-β se efectuează prin transformări matematice echivalente relativsimple, de exemplu :

S S S i jii ,

unde

SC SBSAS iiii 21

32

; SC SBS iii 23

.Prin această transformare echivalentă 3 curenţi sinusoidali reali, defazaţi cu

120,º se înlocuiesc cu 2 curenţi ortogonali fictivi, de asemenea sinusoidali, însădefazaţi cu 90º. Modelul matematic bifazat în coordonate fixe α-β r ămâne totuşineliniar, deoarece inductivităţile mutuale dintre stator şi rotor sunt variabile larotirea acestuia din urmă, la fel ca şi componentele menţionate ale curentului. Caurmare, în această transformare nu poate fi obţinută o analogie dorită cu motorulde curent continuu.

Pentru a liniariza modelul matematic bifazat al motorului asincron şi a realizaanalogia dorită, inginerii firmei Siemens au propus încă la începutul anilor 1970 unsistem de reglare vectorială, cunoscut sub numele de „Transvector”, care mai prevede încă o transformare artificială în modelul matematic – rotirea sistemului bifazat α-β cu o viteză, egală cu cea a rotorului, şi trecerea la un nou sistem bifazatde coordonate - rotitor x-y (general) sau d-q (solidar cu statorul). Însă pentru amenţine constantă ortogonalitatea dintre fluxul magnetic al rotorului şi curentulrotorului, sau pentru a transforma produsul vectorial al cuplului într-un produsscalar, este necesar ă în plus o sincronizare a sistemului rotitor de coordonate cufazorul fluxului. Această sincronizare se realizează prin suprapunerea axei reactivea sistemului de coordonate cu fazorul fluxului rotoric, de unde a primit denumireade orientare după câmpul rotoric. O orientare similar ă poate fi f ăcută şi dupăfazorul fluxului statoric sau fazorul fluxului rezultant de magnetizare. În acest cazcomponenta activă fluxului este nulă, iar cuplul devine o mărime scalar ă (fig.3.54).

Fig.3.54Diagrame fazoriale şi expresii ale cuplului la orientarea după fluxul rotoric




Deoarece componenta activă a fluxului rotoric 0ry , componenta reactivăeste egală cu însăşi modulul fazorului, iar ca urmare acesta devine o mărimeconstantă : const r r r

, adică este o mărime de curent continuu.Componentele curentului statoric în sistemul rotitor de coordonate x-y, de

asemenea, sunt mărimi de curent continuu, deoarece poziţia unghiular ă (t) afazorului S i faţă de axa x nu se schimbă în timpul rotaţiei. Ca urmareconst I I i mS x

cos ;const I I i r S sy

1sin Aşadar, aceste componente pot fi utilizate deja ca mărimi de reacţie negativă

pentru regulatoarele sistemului de reglare automată, realizate cu amplificatoareoperaţionale, la fel ca şi în acţionările reglabile analogice de curent continuu. Însă pentru realizarea practică a orientării sistemului rotitor de coordonate după câmpul

rotoric R este necesar ă o identificare a modulului e (amplitudinii) şi fazei sau poziţiei unghiulare var 1 t t a acestui vector rotitor. Pentru aceastăidentificare pot fi folosite 2 metode: directă (măsurare) şi indirectă (calculare).

Metoda directă prevede măsurarea reală a componentelor sinusoidale şicosinusoidale ale fluxului principal din întrefier t m şi t m cu ajutorul a 2traductoare Hall, montate sub 90˚ de-a lungul axelor α şi β la periferia interioar ă astatorului. Pe baza acestor componente calculatorul de flux calculează mai întâicomponentele corespunzătoare periodice ale fluxului rotoric, apoi modulul şi

argumentul (faza) acestui flux . Această metodă a fost folosită în sistemulcompaniei Siemens „Transvector” , care este considerat ca un sistem clasic dereglaj vectorial cu orientare după fluxul rotoric. Schema funcţională a acestuisistem în terminologie rusă este reprezentată în figura 3.55 [16-17],

Fig. 3.55. Schema funcţională a sistemului clasic de reglare vectorială cuorientare după fluxul rotoric „Transvector” al companiei Siemens






Fig. 3.56. Clasificarea sistemelor de reglare vectorială ale motoarelor asincrone

3.4.2 Orientarea indirectă după câmp şi f ără traductor de viteză

Pentru a ridica fiabilitatea şi domeniul de utilizare al sistemelor de reglarevectorială în prezent s-a adoptat o strategie de realizare a lor f ăr ă nici un traductor în motor, măsurând doar curenţii şi tensiunile de fază la ieşirea convertizorului defrecvenţă şi utilizând un model matematic deplin al motorului asincron.

Schema funcţională a sistemului de acţionare cu calcularea fluxului rotoric pe baza măsur ării curenţilor şi tensiunilor fazelor statorice este reprezentată înfigura 3.57. Aceşti parametri sunt transformaţi mai întâi din sistemul trifazat a-b-cîn sistemul bifazat α-β fixat de stator, utilizând 2 convertoare de coordonate (преобразоиатели координат) ПК1 şi ПК2 .

Calculul componentelor fluxuluirotoric r şi r , precum şi modulul

rm , se efectuează cu ajutorulestimatorului de fluxВычислитель

потока , la baza căruia sunt puseecuaţiile circuitului statoric în coordonate

fixe α-β de determinare a tensiunilor electromotoare şi de integrare a lor [18]:Stabilizarea fluxului magnetic calculat se




realizează în această schemă cu ajutorul regulatorului discret de flux K(z), laintrarea căruia sunt aplicate valoarea prescrisă şi cea calculată. Acest regulator, lafel ca şi estimatorul de flux, se realizează cu ajutorul unui microcalculator.

Fig. 3.57. Schema funcţională de calculare a fluxului rotoric pe baza măsur ăriicurenţilor şi tensiunilor statorice

Pentru determinarea indirectă a vitezei motorului asincron pot fi folositemai multe metode sau variante, exprimate în coordonate fixe sau rotitoare,complexitatea cărora depinde de cerinţele tehnice impuse în ceea ce priveştediapazonul de variaţie şi precizia de măsurare a vitezei. Ţinând cont de parametriistatorici măsuraţi în valori instantanee, identificarea vitezei rotorului poate fiefectuată pe baza utilizării şi transformărilor matematice echivalente ale ecuaţiilor vectoriale ale motorului asincron.Una din metodele menţionate de calcul a vitezei rotorului se bazează pecalculul frecvenţei tensiunii de alimentare a statorului ω 1 şi a frecvenţei curentuluirotoric ω 2 (de alunecare), diferenţa cărora determină viteza necesar ă:

p21

, unde p – numărul de perechi de poli.

Frecvenţa ω1 poate fi determinată prin derivarea unghiului curent de rotaţie asistemului rotitor de coordonate faţă de sistemul fix :

dt d c 1 .




Într-un sistem de reglare vectorială cu orientare după fluxul rotoric unghiul C

poate fi calculat ca o arctangentă a componentelor vectorului fluxului rotoric :

x

yC arctg

2

2

.

Introducând această expresie în cea precedentă, în final se obţine:22

22

22221

y x

x y y x p p

,

Unde p = d/dt ; x2 , y2 - se determină prin integrarea t.e.m. conform relaţiilor demai sus.

Frecvenţa curentului rotoric în acest caz poate fi calculată pe baza alunecăriistatice, cunoscând modulul fluxului şi cuplul :

22

22

3

2

p

M R ,

Unde 22

22

22 y x - modulul fluxului rotoric;

x y y xm ii

L L

p M 121222

3 - cuplul electromagnetic.

O variantă mai performantă a unui sistem de reglare vectorială cu orientare dupăcâmpul rotoric, calculat după un model modelul matematic puţin diferit de celdescris mai sus şi cu traductor de viteză, este ar ătată în figura 3.58 [16].

Fig. 3.58. Sistem de reglare vectorială cu orientare şi modelare a fluxului magnetic




3.4.3 Sisteme de reglare discretă directă a cuplului motorului asincron

Reglarea directă a cuplului (Direct Torque Control - DTC) este odezvoltare şi o modernizare a sistemelor de reglare vectorială indirectă f ăr ătraductoare şi după un model matematic al motorului asincron. Ea asigur ă o reacţie

a cuplului electromagnetic la semnale de prescriere 1-2 ms - mai rapidă decâtreglarea vectorială clasică şi chiar mai rapidă decât sistemele de acţionare decurent continuu cu redresoare comandate. Reacţia sistemului la o variaţie bruscă acuplului de rezistenţă este , de asemenea, destul de rapidă – 3-7 ms. Unele dincauzele principale, care asigur ă această rapiditate, sunt excluderea regulatoarelor analogice de curent activ şi reactiv, a transformărilor de coordonate rotitoare şiutilizarea regulatoarelor bipoziţionale de flux şi de cuplu cu coeficient maximde amplificare şi cu funcţionare discretă de frecvenţă înaltă. În afar ă de aceasta, principiul DTC asigur ă o reglare cu precizie înaltă la viteze mici, inclusiv la viteză

nulă, o precizie statică de stabilizare a ei 0,5 %, iar cu traductor de viteză – 0,01 %.Schema bloc a sistemului DTC este reprezentată în figura 3.59 [16].Regulatoarele bipoziţionale de flux şi de cuplu cu coeficient mare de amplificareîn această schemă sunt prezentate ca comparatoare (Компаратор потока икомпаратор момента ). Semnalele de reacţie negativă ale modulului fluxuluistatoric ţi cuplului electromagnetic, aplicate la intrarea acestor regulatoare, secalculează cu ajutorul unui model matematic special, care prevede măsurareadoar a tensiunilor de linie şi a curenţilor a 2 faze statorice în partea convertizoruluide frecvenţă, adică f ăr ă nici un traductor în motor. La reglarea frecvenţialăvectorială regulatoarele acţionează asupra curentului statoric ca parametru principal de comandă, iar acesta variază, conform legii de inducţieelectromagnetică, invers propor ţional cu constanta electromagnetică a statorului, lafel ca şi fluxul. La o reglare DTC ca parametru principal serveşte tensiuneastatorică (IAT), variaţia căreea se efectuează mult mai rapid printr-o comutaţieoptimă a tranzistoarelor invertorului, iar fuxul statoric rezultă ca o integrare aacestei tensiuni . Pentru o reglare directă cu rapiditate maximă, sistemul PWM esteexclus, fiind înlocuit cu un tabel de comutaţii optime (Таблица оптимальныхпереключений) , care asigur ă o frecvenţă maximă de comutaţie a tranzistoarelor.

Fig. 3.59. Schema bloc a sistemului de reglare directă discretă a cuplului DTC




Pentru calculul valorilor curente ale fluxului statoric şi ale cupluluielectromagnetic, pe baza valorilor momentane măsurate ale curenţilor şi tensiunilor statorului, este necesar calculul proiecţiilor ortogonale ale acestor curenţi şitensiuni în sistemul de coordonare fixat de stator α-β. De aceea în model seutilizează 2 convertoare de coordonate a-b-c→ α-β. Într-un sistem trifazat simetric

este suficient de măsurat curentul numai în 2 faze - SAi , SBi , iar curentul fazei a 3se calculează ca SBSASC iii . Proiecţiile vectorului spaţial al acestor curenţi secalculează simplu:

SAS ii ; 323 SBSASC SBS iiiii .

În mod analogic se poate proceda şi cu tensiunile de linie măsurate Însămăsurarea exactă a tensiunilor de ieşire ale invertorului modulate PWM estedificilă, de aceea în practică se măsoar ă mai simplu şi mai exact tensiunearedresată Ud , cu ajutorul căreea pot fi calculate tensiunile momentane de ieşire,

utilizând algoritmul sau funcţia de comutaţie corespunzătoare al tranzistoarelor invertorului. Ţinând cont, că invertorul tipic cu 6 tranzistoare care 6 tacte decomutaţie, funcţia respectivă poate fi reprezentată prin 3 variabile SA, SB, SC ,fiecare avânt una din 2 valori discrete posibile – 1 sau 0, în funcţie dacă estedeschis tranzistorul impar sau par. Ca urmare, dependenţa dintre tensiunile deieşire – intrare poate dedusă din expresia vectorului spaţial:

3432

32 j

C j

B Ad S eS eS S U U .Înlocuind operatorii exponenţiali cu valorile lor, se obţine:

C B Ad S S S S U u21

32

; C Bd S S S U u 3

1 .

Proiecţiile fluxului statoric se obţin printr-o integrare a tensiunilor electromotoare, calculate prin tensiunile măsurate şi compensarea căderii detensiune R S iS :

dt i Rut

S S S x 0

; dt i Rut

S S z S 0

,

iar modulul fluxului 22 S S S .

Cuplul electromagnetic al motorului asincron poate fi calculat după proiecţiilefluxului şi ale curentului statoric :

S S S S ii p M 23

.Fiecare din mărimile din paranteza acestei relaţii variază după o lege sinusoidală,însă cuplul este totuşi o mărime constanţă . Aceasta se obţine, dacă se înlocuieştefiecare mărime sinusoidală printr-un vector cu modulul şi unghiul său de rotaţie:

f iS S i f i f S S I p I p M sin

23cossinsincos

23

.




Aşadar, cuplul electromagnetic depinde de modulul vectorilor fluxului şicurentului statoric şi de unghiul dintre aceşti vectori. Modulul acestor vectorivariază relativ lent, propor ţional cu constantele de timp statorice, la fel ca şi lareglarea vectorială. Însă rapiditatea de variaţie a cuplului poate fi mărită printr-ovariaţie corespunzătoare a unghiului dintre aceşti vectori. Această variaţie şi stă la

baza principiului de reglare directă a cuplului (DTC), care se realizează printr-o variaţie rapidă a unghiului vectorului fluxului statoric f , acţionând directasupra vectorului de tensiune a invertorului. Variaţiile acestei tensiuni suntdeterminate de semnalele discrete de ieşire ale regulatoarelor (comparatoarelor) deflux şi de cuplu . De aceea modulatorul tradiţional PWM în acest caz nu maieste necesar. Regulatorul de flux este bipoziţional , adică are 2 semnale de ieşire : 1 – când este necesar ă o creştere a fluxului şi 0 – când este necesar ă o micşorare alui. Regulatorul de cuplu însă este tripoziţional : 1 - pentru creştere /descreştere şi0 – pentru a menţine cuplul (viteza) la aceeaşi valoare. Ca urmare , se obţin 6variante diferite ale semnalelor de ieşire ale regulatoarelor. Însă invertorul tipic cu6 tranzistoare are şi el 6 tacte diferite de comutaţie, 3 dintre care asigur ă o creşterea fluxului, iar alte 3 – o micşorare . Având astfel o varietate matricială de 36 devariante, ele sunt introduse într-un tabel, care asigur ă o comandă optimă atranzistoarelor IAT şi o reglare optimă a vectorului tensiunii statorice. Alegereacelulei tabelului (tranzistoarelor necesare) se efectuează cu ajutorul unui bloc logic.

Schema funcţională a sistemului de reglare directă as cuplului MA, conform principiului descris mai sus, este reprezentată în figura 3.60. Ea mai conţine un bloc de calcul a vitezei (блок выделения скорости) , despre care s-a scris în

punctul precedent, precum şi un regulator de viteză ( Регулятор скорости РС ) cuun bloc de limitare a vitezei maxime (Блок ограничения БО ) şi cu un elementde prescriere a vitezei (Задатчик интенсивности ЗИ ) .

Fig.3.60Schema funcţională a sistemului de reglare directă discretă a cuplului DTC




Problema principală în acest sistem o constituie identificarea exactă a parametrilor principali de reglare f ăr ă traductoare de flux şi de viteză, măsurânddoar curentul şi tensiunea de ieşire a invertorului. Însă această problemă nu poate firezolvată f ăr ă o cunoaştere exactă a parametrilor schemei echivalente a motoruluiasincron, mai ales a rezistenţei active a înf ăşur ării statorice. În particular eroarea în

determinarea acestei rezistenţe nu trebuie să depăşească 5 %, iar rezistenţaînf ăşur ării rotorice – 7 %. În cazurile unor erori mai mari de 10 % sistemul devineinstabil , nemaiputând funcţiona îndeobşte. Excepţii pot fi doar în cazul motoarelor de putere mică - 1-2 kW, pentru care se admite o eroare până la 25 % [18].

În legătur ă cu aceasta utilizarea principiului de comandă directă a cupluluiDTC în convertizoarele industriale de frecvenţă, produse în serie, devine o problemă complicată. Ea a fost rezolvată doar de corporaţia ABB, care a introdusacest principiu în convertizoarele generaţiei precedente ACS600 şi în generaţiilemoderne –ACS 800, 1000. 5000, Pentru rezolvarea acestei probleme corporaţia

ABB a elaborat un program special de măsurare experimentală automatizată şi decalcul a parametrilor schemei echivalente după datele experimentale, introducândun regim special înainte de pornirea motorului. Acest regim a fost numit regim demagnetizare prealabilă şi de încălzire a motorului, deoarece rezistenţele activeale MA depind de temperatur ă. Durata acestui regim constituie câteva secunde.

Pentru măsurarea prealabilă a rezistenţei statorice sistemul de reglare setransfer ă în regim de stabilizare a curentului şi se impune statorului o tensiune decurent continuu, care să asigure curentul impus , Măsurând valorile medii aleambilor parametri, rezistenţa statorică se calculează simplu şi cu o precizie < 1 % :

med

S

med

S S I U R

Măsurare şi calcularea inductivităţii statorice se efectuează, de asemenea, încurent continuu, însă în acest caz se impune deja un curent nominal N

med S I I Apoi

sistemul de reglare se transfer ă în regim de stabilizare a fluxului statoric,măsurându-se rapid acest flux şi calculând îndată inductivitatea de dispersie

med S

med S S I L

Inductivitatea de dispersie a rotorului se alege, egală cu cea a statorului: S R L L Inductivitatea de magnetizare se calculează apoi din relaţia coeficientului de

dispersie sumar ă

RS L L

L2

1 , ţinând cont, că 05,102,1 .

În final se determină rezistenţa înf ăşur ării rotorice printr-o magnetizareasemănătoare, fixând adăugător curentul şi timpul de magnetizare tm , fluxulrotoric în momentul trecerii la o stabilizare a lui şi utilizând o relaţie de calcul, carerezultă din expresia constantelor inductive de timp (T = L/R) :

med

S m

med R

R I t R



3.5 Convertizoare industriale moderne de frecven ţă variabil ă

3.5.1. Clasificarea şi analiza comparativ ă general ă

Toate companiile mondiale, care lucrează în domeniul automatizărilor

industriale, produc, de asemenea, şi convertizoare de frecvenţă variabilă (CFV) cuinvertoare autonome de tensiune (IAT) modulată cu frecvenţă înaltă (PWM).Concurenţa sever ă de pe piaţă, goana după bani, recorduri şi supremaţiemondială a impus aceste companii la o modernizare continuă a producţieielectrotehnice şi electronice, în rezultatul căreia au fost elaborate diferiteconvertizoare de frecvenţă cu caracteristici tehnice performante. Redresoarelecomandate şi chopperele mai pot concura cu ele doar în privinţa diapazonului dereglare a vitezei motoarelor de curent continuu. (10000:1).

Liderii mondiali în acest domeniu au devenit corporaţiile şi companiileinternaţionale ABB, Siemens, Lenze, Schneider Electric. (Trlrmrcanique),Danfoss, Omron, Mitsubishi Electric Hitachi, LG Industrial Systems şi altele[66].. Toate aceste companii produc în masă diferite convertizoare de tensiune joas ă de la 200 V până la 690 V pentru motoare asincrone trifazate cu puteri de la0,12-110 kW sau 55-560 kW pentru mecanisme industriale cu cuplu constant sauvariabil, cu cerinţe dinamice scăzute sau înalte, cu reglare automată scalar ă sauvectorială, cu funcţionare într-un singur cadran, în 2 şi în 4 cadrane. În clasatensiunilor joase compania DANFOSS a reuşit în ultima generaţie, printr-ocuplare paralelă a modulelor invertoare, să ridice puterea până la 1260 kW,Simens - până la 1500 kW, iar ABB – până la 2800 kW, elaborând şi motoarecorespunzătoare lor.Câteva companii mondiale produc, de asemenea, şi convertizoare de tensiune înalt ă . Dintre acestea fac parte compania SIEMENS, ABB şi MITSUBISHIELECTRIC, care produc convertizoare de tensiuni 2300-6900 V şi puteri 500– 10000 kW. Corporaţiile ABB şi SIEMENS produc o gamă şi mai largă de astfelde convertizoare cu puteri până la 30-50 MW. Ultima grupă de convertizoare esteunicală şi se produce numai la comandă, deoarece sunt foarte scumpe.

Convertizoarele industriale moderne se mai caracterizează prin următoareleparticularit ăţ i generale: o construcţie compactă şi cu execuţie diferită - deschisăşi semideschisă IP00 şi IP20 pentru instalare în dulapuri, sau închisă - IP54 cuinstalare pe perete lângă motor în formă de dulap sau IP 67 cu instalare direct pemotor (până la 7,5 kW); o montare şi conectare simplă; o acordare şi deservireconvenabilă; un panou de comandă şi programare simplă şi universală; o comandălocală sau de la distanţă (până la 300 m); o protecţie deplină a motorului şiconvertorului; o funcţionare individuală sau în reţea; un soft de proiectare, programare, testare şi diagnosticare în mai multe limbi şi sub PC–Windows.

Companiile menţionate au elaborat, de asemenea, pentru convertizoarele lor onomenclatur ă bogată de module ad ăug ătoare şi diferite accesorii op ţionale :

module de frânare, de filtrare, de automatizare, de comunicare în reţea, de instalareşi montare şi altele.





3.5 C ONVERTIZOARE INDUSTRIALE DE FRECVEN ŢĂ VARIABIL Ă 250

Clasificarea convertizoarelor dup ă domeniile lor de utilizare Tabelul 3.2Compan

Modific

Dan-fosskW

Siemens

kW

Lenze

kW

Schn-erElec - c(TM)

Omron

kW

Mitsubis-hiElectric

kWI

SimplăScalar ăCom-tă

VLT

MicroDrive0,18-7,5

Micro(Midi)

master 420/430/4400,12-90kW

SMD

0,25-22TMD,8400

Altivar

ATV 11ATV 320,18-15

Varispeed

Mini, G70,1-4

FR

S5000,2-7-5kW

IIVector-

rialăPerfor-mantă

VLTAutom-n

Drive0,25-11

SimoDrive611

0,12-75kWSimovert VC

0,5-2300kW

8200Vector 0,25-90SMV0-7,5kW

Altivar ATV 710,7-500

kW

3GMV0,1-7,5

VarispeedF7

0,4-300kW

FR E500

0,4-7.5kW

IIIScalar ăEcono-mică

VLTHVAC,AQUA0,2-630HP-1260

SinamicsG110-G1500,12-1500

kWSinamics S

120,150

Lenze9300Vector 0,3-400

kW

Altivar ATV 38ATV58ATV 68ATV 710,7-315

VarispeedE70,4-300

kW

FR 7000,7-630A540

132-800

IVServo

VLTAutom-n

Drive0,25-11

kW

Simovert MC0,5-250

Sinamics S0,12-250

kW

Lenze9300Servo0,3-75940

JumnaML-0.1- 0,75Sigma 2

0,03-55kW

MRCMR J120,05-7,5

kW

VSpecială

VLTDecentr FCD3000,25-7,5

kW

Combinaster 0,12-7,5

SimoDrivePOSMO

0,07-10kW

Lenze8200Motec

0,25-7,5

Altivar ATV 71Mot-reSincrone0,18-15

Vari-Speed

L7Ascens4 - 55

Convertoarele de tensiune joas ă ACS 800 ale corpora ţiei ABB Tabelul 3.3Tipul CF Gama de puteri Particularit ăţ i func ţionale şi constructiveACS 800 – 01 0,55 – 110kW Cu montare pe pereteACS 800 – 11 0,55-110kW Cu montare pe perete şi frânare recuperativăACS 800 – 31 0,55 – 110kW Cu armonici superioare minime în curentACS 800 – 02 45 – 560kW Cu construcţie dulap şi montare pe podeaACS 800 – 04 45 – 560kW Cu construcţie incorporată în alte dulapuriACS 800 – 07 55 – 2800kW Cu construcţie dulap şi cu condiţii grele de

Exploatare ( -15° C - + 50 °C )ACS 800 – 17 55 – 2800kW Varianta precedentă şi frânare recuperativăACS 800 – 37 55 – 2800kW Varianta precedentă şi cu conţinut minim

de armonici superioare in curent




În continuare sunt descrise particularităţile acestor convertizoare, însă maiîntâi sunt evidenţiate unele principii, date tehnice, func ţii şi elementecomponente comune şi anume:

1) Majoritatea CFV au una şi aceea şi schem ă de for ţă , constituită dintr-un

redresor necomandat monofazat (la puteri mici) sau trifazat, un filtru capacitiv sauinductiv - capacitiv în circuitul intermediar de curent continuu şi un invertor autonom de tensiune cu 6 tranzistoare hibride IGBT, şuntate de 6 diode inverse(fig. 3.44; 3.48 ). Majoritatea firmelor producătoare mai recomandă opţional laintrare nişte filtre inductive în fiecare fază pentru a proteja reţeaua de distorsiunineliniare şi a se încadra în standardele A sau B de compatibilitateelectromagnetică, precum şi un modul sau reostat de frânare, conectat la bornelecircuitului intermediar de curent continuu în serie cu un tranzistor – chopper dereglare a curentului şi cuplului de frânare, CFV ale companiilor Danfoss, Omron

şi MIitsubishi Electric pot fi alimentate , de asemenea, şi în curent continuu ,având scoase în exterior bornele circuitului intermediar de curent continuu.

2) Toate convertoarele asigur ă o reglare a frecven ţ ei de ie şire în diapazonul de bază 0–120 Hz, iar în caz de necesitate - 0 650 1000 Hz , precum şi o reglarecoordonat ă dup ă anumite legi scalare şi /sau vectoriale a tensiunii de ie şire înlimitele 0 100 % faţă de tensiunea de alimentare. Cele mai simple sunt legilescalare de reglare U/f: propor ţională (rampă), parabolică, cu compensarea căderilor de tensiune pe rezistenţele statorului MA (fig. 3.40 ). Pentru o compensare exactă

unele convertizoare prevăd o măsurare experimentală (online) în curent continuu arezistenţei statorice în momentul iniţial de pornire. Convertizoarele cu reglarevectorial ă şi orientare după câmp permit o funcţionare în 2 variante:

- f ăr ă nici un traductor în motor – pe bază de model matematic şi măsurare doar a tensiunii şi curentului motorului cu un diapazon limitat de reglare a vitezei <100:1 şi o precizie stabilizare a ei până la 0,5 %;

- cu traductor discret de viteză (encoder), care asigur ă un diapazon de reglare până la 1000:1 şi o precizie de stabilizare 0,01 %;

Convertoarele din clasa a III-a mai asigur ă adăugător o lege de minimizarea consumului de energie electric ă cu 20 30 % prin reglarea raportului U/f înfuncţie de cuplul de sarcină de la arborele motorului asincron;

3) SRA ale CFV prevăd 2 regimuri de reglare frecvenţială: în bucl ă deschis ă,când frecvenţa de ieşire este impusă de semnale de prescriere locale sau de ladistanţă, precum şi în bucl ă închis ă , când frecvenţa de ieşire este determinată deun regulator tehnologic propor ţional –integral–diferen ţial (PID ) şi de semnalulde prescriere a acestuia din urmă (fig. 3..61 );

4) Toate CFV asigur ă o modulare în frecven ţă înalt ă a tensiunii de ieşire înscopul obţinerii unei forme sinusoidale a curentului motorului de acţionare;




5) CFV pot asigura o pornire şi oprire lin ă a motorului cu un timp deaccelerare şi decelerare, care poate fi programat în limitele 0 650 s sau0 3600 s (în unele cazuri), începând cu o frecvenţă minimă de 2-3Hz( min 0,2 f Hz la o reglare vectorială) şi până la o frecvenţă prescrisă p f sau maximă

max f , care de asemenea, pot fi alese după dorinţa utilizatorului.

6) Unele convertizoare mai prevăd, de asemenea, un regim de pornire pas cupas a MA , numit JOG ( толчковый режим ), - motorul se roteşte cât este apăsat butonul Jog. El se foloseşte des la maşinile de ridicat, când este necesar ă o poziţionare a greutăţii cu precizie înaltă la viteze mici, sau la conveiere, când estenecesar ă o poziţionare precisă a benzii.

7) CFV pot asigura 3 regimuri tipice de frânare ale motoarelor asincrone – dinamică, reostatică şi recuperativă, care se aleg în funcţie de momentul sumar deiner ţie (vezi p.3.3). Pentru mecanismele cu moment de iner ţie comparativ mic, carenecesită un timp de frânare de câteva secunde, se recomandă o frânare dinamic ăîn curent continuu a MA . Pentru momente de iner ţie mai mari ( 0 0,3d N M )este prevăzută frânarea reostatic ă prin invertor , în care energia mecanică estetransformată în energie electrică trifazată, care este redresată de diodele inverseale invertorului şi disipată apoi în căldur ă pe o rezistenţă de frânare prinintermediul unui tranzistor de frânare (fig. 3.43; 3.47 ). Frânarea recuperativ ă serecomandă pentru cele mai mari momente de iner ţie ale mecanismelor şi serealizează cu convertizoare de 4 cadrane cu un redresor reversibil activ (fig. 3.51 );

8) Toate convertizoarele prevăd o parametrizare şi adaptare a tuturorparametrilor, func ţiilor şi regimurilor la valorile, cerinţele şi condiţiile dorite deutilizator, efectuată cu ajutorul panoului de comandă şi programare cu diferite tasteşi indicator digital. Fiecare parametru sau regim este codat printr-o liter ă şi 3-4cifre zecimale, de exemplu P0305 (Siemens) sau C0051 (Lenze). Numărul total al parametrilor poate atinge câteva sute, de aceea ei sunt repartizaţi în grupe şi suntelaborate indicaţii necesare pentru acordare şi punere în exploatare. Pentrusimplificare fiecare parametru este acordat de uzina producătoare l o valoare

medie, care poate fi uşor modificată de utilizator.9) CFV asigur ă o măsurare real ă a parametrilor principali de intrare şi

ieşire : tensiunii de ieşire a redresorului şi invertorului, curentului şi frecvenţeimotorului, care pot fi selectaţi consecutiv pe indicatorul digital Frecvenţa de ieşire poate fi indicată în Hz sau în procente. Unele convertizoare prevăd indicareaconcomitentă a câtorva parametri, dintre care cel principal - cu cifre mai mari, iar ceilalţi – cu litere mai mici. Indicarea regimurilor normale sau de avarie seefectuează cu ajutorul diodelor luminiscente de diferite culori.

10) Sistemul de comandă asigur ă o diagnosticare şi protec ţie deplin ă aconvertorului şi motorului.




3.5.2 Schema func ţional ă a sistemului de comand ă şi reglare scalar ă

Necătând la faptul, că convertizoarele moderne de frecvenţă realizează maimulte funcţii, totuşi schemele lor de for ţă şi de comandă sunt mai simple, decât laconvertizoarele clasice, deoarece aceste funcţii sunt realizate în formă numerică şi

prin soft (programare), superioare celor prin hard (circuite integratemonofuncţionale). Însă unele funcţii mai complexe, cum ar fi de exemplu,generarea de impulsuri modulate în durată (PWM), au fost realizate prin integrareaîn cristalul microcontrolerului programabil, ca în cazul MCS – 196 ( fig.2.2 ). Unastfel de generator este reprezentat în schema funcţională generală a CFV din figura 3 .61 într-o formă simplificată. El are 2 intr ări de comandă: una în frecvenţă,care determină frecvenţa fundamentală 1 f la ieşirea invertorului, iar alta - întensiune, sau în durată relativă a semnalelor de ieşire, care determină amplitudineatensiunii de alimentare a motorului mU 1 .

Intrarea în tensiune %1U este formată, la rândul ei, de către un dispozitiv decalculare a legilor de reglare ( DLR) 11 f U , de exemplu ./ 11 const f U sau ./ 1111 const f R I E (fig. 3.40, b ), în baza unuia şi aceluiaşi semnal de prescriere

rezultantă a frecvenţei %..1 pr f . Pentru realizarea ultimei legi se măsoar ă cu ajutorul

traductorului de curent (TC ) curentul real al statorului motorului şi rezistenţa 1 R ,după care se calculează produsul 11 R I , care după calibrare se scade din tensiuneaU1. Însă datorită faptului, că semnalul U1-I1R 1 este în circuitul de reacţie negativăa buclei, el condiţionează o reglare reală ./ 1111 const f R I E .

Convertizoarele moderne de frecvenţă prevăd, de regulă, mai multe variantede aplica ţie a semnalelor de prescriere şi de reac ţie:- în tensiune analogică standardizată 0 – 10 V ;- în curent analogic standardizat 0 – 20 mA;- în formă de impulsuri discrete de o anumită frecvenţă p f sau r f ;- în formă numerică serială, determinată de un calculator personal ( PC ) sau

de un controler programabil logic ( PLC ) prin intermediul unei interfeţestandardizate de tipul RS485.

Sistemul de prescriere mai prevede, de regulă, o variantă de prescriere

prealabilă .. pr p f a frecvenţei, pe care microcontrolerul o memorizează chiar şi dupădeconectarea lui de la reţea. La apăsarea butonului START SRA asigur ă o reglarelină a tensiunii şi frecvenţei de ieşire, începând de la câţiva her ţi şi până la valoareade prescriere prealabilă.

Ca semnal de referinţă nominală a semnalelor de intrare se ia tensiunea de 10V.Semnalul de curent 0-20 mA este transformat în semnal de tensiune prinintroducerea unei rezistenţe de sarcină de 500 Ω, deoarece 0,02x500 =10 V. Dacăvalorile maxime ale tensiunilor de intrare depăşesc 10 V, atunci ele se calibrează (se aduc la această valoare) printr-un coeficient de corecţie a dispozitivului de

calibrare (DC). Această operaţie în ruseşte se numeşte масштабирование .Deoarece sunt utilizate mai multe semnale de intrare, ele se transformă în procentefaţă de tensiunea de 10V, de aceea în figura 3.61 dispozitivele de calibrare de la




intrare sunt notate prin “Scar ă % „. Ca urmare, mai multe semnale calibrate de prescriere pot fi deja însumate, dând un semnal rezultant de prescriere r pU . şi unulde reacţie rezultantă ..r r U , care apoi se aplică la intrarea regulatorului tehnologic(RT) PID (în buclă închisă a SRA) sau la intrarea sistemului de comandă manualăîn buclă deschisă.

Aplicarea semnalelor de prescriere poate fi realizată în 2 regimuri principale:- prescriere local ă ( L), prin tastele ale panoului de comandă şi programare;- prescriere de la distan ţă ( D), prin intr ările analog – discrete corespunzătoare.În mod simbolic aceste regimuri se aleg cu ajutorul comutatorului SA1 ( fig. 3.61 ),sau printr-un anumit parametru de realizare a acestei alegeri.

O altă grupă de dispozitive sunt cele de limitate ( DL) a valorilor maxime şiminime ale semnalelor de comandă, transformate în procente. Această limitare estenecesar ă la acordarea sistemului sau la variaţia semnalelor maxime alese.

Pentru a asigura un timp optimal de accelerare acet sau decelerare dect amotorului de acţionare, semnalul comun de prescriere rezultantă %

..1 pr t variază întimp cu o intensitate t f dt df pr pr

// %..1

%..1 dorită, aleasă cu ajutorul elementului de

prescriere a acestei intensităţi ( EPI ).La o funcţionare în buclă deschisă şi la diferite frecvenţe motorul asincron

funcţionează în acest caz pe caracteristicile sale artificiale cu o rigiditate(înclinaţie), practic egală cu înclinaţia caracteristicii naturale (fig. 3.40, a ). În cazde necesitate sistemul de comandă poate să compenseze par ţial variaţia cuplului desarcină de la arbore.

În majoritatea instalaţiilor industriale însă se cere o reglare şi stabilizareautomată a unui anumit parametru tehnologic: presiune, debit, nivel, temperatur ăetc. Evident, că această stabilizare poate fi obţinută numai în bucl ă închis ă cu untraductor în circuitul de reacţie negativă şi cu un regulator tipic, la intrarea căruiase aplică abaterea semnalului de reacţie faţă de semnalul prescris. De aceea toateconvertizoarele moderne cu reglare scalar ă prevăd 2 regimuri de reglare: manual ă( M ) (în buclă deschisă) şi automat ă ( A) (în buclă închisă) cu un regulatortehnologic ( RT ) propor ţional – integral – diferenţial ( PID ) tipic. În fig. 3.61regimul manual sau automat poate fi ales simbolic prin comutatorul SA2, iar înrealitate printr-un anumit parametru, care efectuează acelaşi lucru. Regulatorultehnologic în această schemă constituie un regulator de presiune, care are ca scopsă regleze şi să stabilizeze presiunea lichidului sau aerului, măsurată cu ajutorulunui traductor de presiune (TP ) într-o conductă corespunzătoare şi creată de către o pompă centrifugală sau de un ventilator cu viteză de rotaţie variabilă. Pentru aasigura o funcţionare optimă şi stabilă a SRA în regimuri statice şi dinamice, parametrii acestui regulator se aleg în conformitate cu parametrii celorlalteelemente, utilizând nişte criterii analitice sau experimentale de acordare.

Sistemele de reglare vectorială sunt mai complicate, deoarece conţin maimulte bucle cu traductoare în motor sau cu model matematic al acestuia, precum şinişte blocuri de transformare a coordonatelor – bifazat – trifazate şi curentcontinuu / curent alternativ sau invers (vezi p.3.4).




p p f

p U

1 0

0 p f

p

f p

f

r p

r

p

f

U

.

.

1 1

r

V 1 0

0

r f r I m A

2 0

0

r r f

r r

r r

.

.

.

A C C

t

.

D E C

t

% . . 1

p r

f 1

1

U 1

1 U

1

1 f

% 1 %

. . 1

p r

f

F

L 1 I

1 I

% 1

P

Fig, 3.61. Schema funcţională a sistemului de comandă şi reglare scalar ă a CFV






Fig. 3.63. Schema de conexiuni exterioare ale convertizoarelor Micromaster 440

Pentru comanda şi programarea convertorului pot fi utilizate 2 variante de panouri ale operatorului: panoul de baz ă – BOP (Basic Operator Panel ) saupanoul extins de comand ă – AOP (Advanced Operator Panel ) (fig. 3.64 ).Ambele panouri pot fi demontate după parametrizare şi înlocuite cu un panouindicator simplu şi f ăr ă taste. Panoul de bază BOP are un indicator digital, care permite citirea şi introducerea parametrilor convertorului, însă nu are posibilitateade memorizare a informaţiei şi a parametrilor după demontare.

Panoul extins de comand ă AOP mai include în plus o serie de funcţii extinse,inclusiv de memorizare a informaţiei, ceea ce permite copierea şi introducereasetărilor în alte convertizoare, afişarea unităţilor de măsur ă şi a meniurilor dediagnosticare, deoarece are un indicator pentru texte cu câteva linii.




Fig. 3.64. Panouri de comandă şi programare pentru operator

Destina ţia tastelor panourilor de comand ă BOP / AOP Tabelul 3.4

Tasta Func ţia Destina ţia

Start motor Asigur ă pornirea convertorului.

Stop motor OFF1 asigur ă oprirea motorului conformdeceleraţiei alese; OFF2 – apăsarea dublă (saumenţinerea îndelungată) asigur ă deconectarea şioprirea motorului în virtutea iner ţiei

ÎnversareaSensului de

rotaţie

Cauzează inversarea motorului. Rotirea inversăeste indicată cu semnul (-). Iniţial tasta este pasivă, fiind activată de parametrul P0700 = 1.

Regim defuncţionare pas

cu pas

Se activează în momentul, când convertorul esteoprit, asigurând o rotaţie a motorului cu vitezămică, cât timp este apăsată. În timpul funcţionăriitasta este dezactivată.

Diferite funcţii

Apăsarea îndelungată (mai mult de 2s) şi repetatăindică parametrii principali de intrare / ieşire- Tensiunea de curent continuu ( cu indicele d );- Curentul de ieşire (A);- Frecvenţa acestui curent (Hz);- Tensiunea de ieşire cu indicele 0 (V)Apăsarea dublă reîntoarce indicaţia valoareacurentă

Parametrizare Asigur ă accesul la parametrii programului şimemorizează modificările f ăcute ale lor

Măreşte /MicşoreazăVal. curentă

Apăsarea acestei taste măreşte valoarea curentă a parametrilor. Pentru modificarea frecvenţei cuajutorul BOP este necesar de a seta P1000 = 1

AOP meniu Valabilă pentru afişarea meniului panoului extinsAOP al operatorului




Principiul de modificare al parametrilor este asemănător ca şi la telefoanelemobile. Pentru introducerea în exploatare a convertizorului este necesar ăintroducerea datelor nominale ale motorului şi alegerea modului de comandă şi de prescriere a frecvenţei, precum şi valorile minime şi maxime ale ei, timpul de pornire şi frânare. Parametrizarea motorului însă poate fi f ăcută numai dacă

parametrul P0003 2 , iar P0010 = 0. Toţi parametri sistemului de comandă,necesari pentru o exploatare normală, sunt setaţi la uzina producătoare cu valoritipice (standard), însă pentru o funcţionare optimă pot fi modificaţi de utilizator.

Din orice parametru (Pxxxx) la apăsarea scurtă a tastei Fn, se trece imediat la parametrul iniţial r0000, din care se poate ieşi ţinând apăsată tasta P. Dacă înindicatorul de stare în locul literei P apare r, atunci acest parametru este numai pentru citire. Convertorul nu se poate porni, până când P0010 nu va fi instalat în0 după ce a fost accesat. Această funcţie se îndeplineşte automat, dacă P3900 > 0.

Ţinând seama de numărul foarte mare de configur ări şi parametri,

utilizatorului i se pune la dispoziţie 4 niveluri de acces la configurarea parametrilor. Fiecare nivel de acces este calculat în dependenţă de gradul decalificare a personalului. Alegerea nivelului de acces la parametri se efectuează cuajutorul parametrului P0003, care prevede următoarele variante: 1 – Standard, 2 – Extins, 3 – Expert şi 4 – Service. Unii parametri pot fi schimbaţi în regim defuncţionare, iar alţii numai în stare deconectată, pentru a nu produce dereglări şiregimuri nedorite. Parametrii de sistem însă nu pot fi schimbaţi de utilizator.

Din anul 2006 compania Siemens a trecut la o genera ţie nou ă deconvertizoare universale – SINAMICS cu un nou concept constructiv, gamă de puteri, principii de utilizare în reţea şi de clasificare – notare (fig. 3.65 ), precum şiservoconvertizoare – SIMOVERT MASTERDRIVES (fig. 3.66, a ). FamiliaSINAMICS este împăr ţită în 2 clase principale:

SINAMICS G (modificaţii 110,120,130,150) – pentru motoare asincrone; SINAMICS S (120 şi 150) – pentru motoare sincrone şi asincrone.

Modificaţiile SINAMICS GM150 şi SM150 sunt prevăzute la tensiuni 2300-6000V şi puteri până la 30000 kW.

Fig. 3.65. Modificaţii principale de convertizoare universale moderne SINAMICS






3.5.4 Convertizoare de frecven ţă ACS ale corpora ţiei ABB

3.5.4.1 Caracteristica general ă şi elemente semiconductoare de putere

În timpul de faţă corporaţia ABB a devenit un gigant industrial mondial în

domeniul electrotehnic, electromecanic, electronic şi al automatizărilor industriale,care în domeniul convertizoarelor de frecvenţă a întrecut compania Siemens.Utilizarea convertizoarelor ACS ale companiei ABB este socotită prioritar ă înindustria cimentului, metalurgică, chimică, petrolier ă, celulozei, hârtiei şicartonului, precum şi în producerea energiei electrice la centrale electrice.Această utilizare este datorată atât performanţelor remarcabile dinamice şifiabilităţii maxim posibile pentru acest tip de echipamente, cât şi vasteinomenclaturi de modificaţii şi parametri energetici de bază. Reglarea ultrarapidăşi precisă a vitezei motoarelor asincrone şi sincrone este asigurată prin comanda

directă a cuplului lor (Direct Torque Control –DTC ), care este mai rapidă chiar decât comanda vectorială. Modificaţiile acestor convertoare cuprind practic toatăgama necesar ă de puteri şi tensiuni industriale, începând de la 0,5 kW, 220 V şiterminând cu 50 MW (50000 kW), 6900 V.

O altă performanţă remarcabilă a convertoarelor companiei ABB constă înrezolvarea definitivă a problemei de compatibilitate a lor cu reţeaua de alimentare prin reducerea armonicilor superioare în curentul consumat . Acest curent are practic o formă sinusoidală, fiind datorată nu numai utilizării redresoarelor necomandate cu 12, 24 sau 36 de pulsuri, ci şi printr-o comutaţie optimizată aredresoarelor active reversibile.

În raport cu gama de puteri şi de tensiuni de intrare-ieşire convertoarele ACS pot fi împăr ţite în 5 clase principale (tabelul 3.4)

Clasificarea convertizoarelor ACS ale companiei ABB Tabelul 3.4Tipulconvertorului

Clasa detensiune. V

Gama deputeri kW

Particularit ăţ i de r ăcire asemiconductoarelor

ACS 800 220, 380, 690, 0,55 - 2800 R ăcirea cu aer ACS 1000 3300,4000,6000 315 – 5000 R ăcirea cu aer ACS 5000 6000, 6600. 6900 2000-

24000R ăcirea cu aer sau cu apă

ACS 6000 6900 3000-27000

R ăcirea cu aer sau cu apă

MEGADRIVE 6900 2000-72000

R ăcirea cu aer sau cu apă

Convertoarele de tensiune joasă ACS 800 se realizează cu tranzistoare hibrideIGBT de tensiune joasă sau înaltă, care permit o frecvenţă relativ mare decomutare (până şa 15000 de Hz), ceea ce reprezintă un avantaj al lor. Însă acestetranzistoare au totuşi un dezavantaj: rezistenţa lor în stare de conducţie nu esteabsolut nulă, ceea ce condiţionează pierderi esenţiale, mai ales la frecvenţe înalte.În afar ă de aceasta tranzistoarele IGBT sunt limitate în tensiune, ceea ce nu permite obţinerea unor convertoare cu tensiuni de ieşire mai mari de 690 V.




Tiristoarele clasice GTO sunt însoţite de pierderi mult mai mici în stare deconducţie, însă ele au coeficient mic de amplificare în raport cu curentul decomandă, necesar pentru blocarea lor. Acest dezavantaj complică schema de blocare a lor, măreşte numărul de elemente şi micşorează considerabil fiabilitateaconvertizoarelor.

În legătur ă cu toate acestea, corporaţia ABB a elaborat nişte tiristoarespeciale complet comandate cu bloc incorporat de comand ă, care au fostnotate prin IGCT. Aceste tiristoare îmbină avantajele tranzistoarelor IGBT şitiristoarelor GTO, permiţând realizarea convertizoarelor de frecvenţă cu tensiunide ieşire până la 6900 V – ACS 1000, 5000 şi 6000. În plus la aceasta, tiristoareleIGCT au performanţe dinamice înalte, necesare pentru realizarea principiului DTC,ceea ce nu necesită nici dispozitive adăugătoare de amortizare a regimurilor dinamice. Micşorarea pierderilor interioare în timpul stării de conducţie asimplificat problema r ăcirii acestor tiristoare şi a redus masa şi gabaritele

convertizoarelor. Ele au permis totodată minimizarea numărului de elemente înschema de for ţă, iar ca urmare şi o creştere a fiabilităţii convertoarelor înansamblu. Această fiabilitate a crescut şi prin excluderea siguranţelor fuzibile dinschema de for ţă şi a condensatoarelor electrolitice de filtrare a tensiunii redresatecu termen limitat de funcţionare. Ele au fost înlocuite cu condensatoare din foiţe demetal umplute cu ulei, iar siguranţele – cu tiristoare IGCT

3.5.4.2 Convertizoare de frecven ţă de joas ă tensiune ACS 800

Cele mai multe modificaţii funcţionale, constructive, parametrice sauspecifice o are clasa convertoarelor de tensiune joasă ACS 800 (tabelul 3.3 ).Înfigura 3.68 sunt prezentate familia de convertizoare ACS.800-01 şi ACS800-02,care la puteri de 0,55-110 kW şi 45-560 kW este relativ compactă.

Fig. 3.68. Variante constructive ale convertizoarelor de frecvenţă ACS800-01 şi -02




Aceste convertizoare permit o reglare a fregvenţei de ieşire de la 0 – 300 Hz,având posibilitatea de a alege orice fregvenţă nominală şi acest diapazon. La puterimari parametrii energetici au valori destul de înalte , în particular randamentulconstituie 97 – 98 %, iar factorul de putere 0,98 – 0,99. Aceşti parametri suntasiguraţi de utilizarea redresoarelor necomandate nereversibile, sau a redresoarelo

reversibile active cu o schemă identică cu cea a invertoarelor autonome de tensiune -6 tranzistoare IGBT, şuntate de 6 diode inverse.Convertizoarele ACS 800 se execută în raport cu puterea lor nominală de ieşire

într-o concep ţie modular ă . Modulul de bază are o putere maximă până la 500-560kW. Pentru puteri mai mari acest modul se completează cu blocuri redresoare şiinvertoare conectate paralel, ceea ce permite o creştere a curentului sumar de ieşire, păstrând aceiaşi tensiune. Fiecare bloc este înzestrat cu roţi de deplasare, cea cesimplifică şi uşurează montarea, precum şi deservirea tehnică. În prima secţie adulapului este montat sistemul de comandă, în secţia a doua – întrerupătorul de

conectare la reţea, filtrul curentului de intrare, variatorul de frânare reostatică şi alteelemente adăugătoare, în secţia a treia – modulele diodelor redresorului, iar în secţiaa patra şi a cincia – modulele tranzistoarelor şi diodelor inverse ale invertorului (fig.3.69). Bornele pentru conectarea motorului sunt plasate în spatele moduleloinvertorului. R ăcirea elementelor semiconductoare ale convertizorului este for ţată,efectuată cu ajutorul unui ventilator în fiecare bloc de putere – în partea de jos a lui

Fig. 3.69. Asamblarea modulelor de bază în convertoarele ACS800 de mare putere.




Pe lângă o construcţie compactă şi gabarite minime la puterile respective,convertoarele ACS 800 mai posedă şi alte particularit ăţ i şi avantaje deosebite :

- Principiul DTC, asigur ă o comandă optimă a motoarelor, atât în regimuridinamice, micşorând timpul dinamic de reglare a cuplului până la 5 ms, cât şi statice,mărind cuplul până la valoarea maximă - (3,0-3,5) M N, iar cuplul de pornire – până

la (2,0-2,5)M N, şi optimizând fluxul magnetic în funcţie de sarcină;- asigur ă o protecţie multiplă şi completă a motorului, convertorului şi procesului;- asigur ă variante diferite de frânare - recuperativă sau reostatică prin invertor;- asigur ă o posibilitate de adaptare maximă la cerinţile reale de utilizare, fiind

prevăzute pentru aceasta 2 variante de programare: standardizată (minimă) şiadaptivă (maximă). Pentru simplificarea introducerii în exploatare este prevăzut un program special – START ASSISTANT , - care conduce utilizatorul în toate setărilenecesare, iar programarea adaptivă presupune programarea liber ă a unor blocurifuncţionale adăugătoare de automatizare a unor procese tehnologice (PT) f ăr ă PLC;

- includ programe tehnologice tipice de utilizare pentru cele mai r ăspânditemecanisme industriale: pompe, ventilatoare, macarale, înf ăşurare - desf ăşurare;- prevăd nişte programe aplicative de programare cu ajutorul computerului (Driv

AP, Drive Windows 2, Drive Support, Drive OPC);- prevăd o comandă coordonată a mai multor convertoare ACS, precum şi o

sincronizare a motoarelor de acţionare cu o sarcină comună la arbore comună;- conţin 3 intr ări şi 3 ieşiri programabile cu posibilitatea de multiplicare a lor până

la 62, în cazul blocurilor funcţionale adăugătoare de automatizare a PT;Aspectul general şi tastatura panoului de comandă şi programare sunt

reprezentate în figura 3.70. El prevede 4 moduri de operare:

Fig. 3.70. Aspectul general şi tastatura panoului de comandă şi programare




- afişarea semnalelor actuale ( prin tasta ACT ) - frecvenţa, curentul, puterea;- selectarea şi schimbarea parametrilor sistemului de comandă (tasta PAR )- modul aplicaţie (tasta FUNC):selectarea paginii sau a rândului;- selectarea tipului de convertor şi

datelor lui principale (tasta DRIVE).Folosirea tastelor cu o singur ă.săgeată, săgeată dublă şi ENTER, decontrol (tabel) depinde de modul deoperare selectat. ENTER se utilizeazăîn cele mai dese cazuri pentru salvareanoilor valori ale parametrilor.

3.5.4.3 Convertizoare de frecven ţă de tensiune medie şi înalt ă

Aceste convertizoare asigur ă aceleaşi proprietăţi de bază – capacitate desupraîncărcare, rapiditate, flexibilitate şi fiabilitate înaltă, inclusiv în condiţii grelede lucru, de exemplu pe vase maritime, sau la temperaturi de la -15°C până la+50°C. Toate aceste proprietăţi sunt obţinute f ăr ă traductoare în motor sau pearborele lui, ci datorită principiului de comandă directă a cuplului (DTC), utilizatîn toate convertoarele – performanţa remarcabilă a companiei ABB. Însăconvertizoarele de tensiune medie şi înaltă au la bază o altă schemă de for ţă – curedresor necomandat dublu cu 12 pulsuri, 2 tiristoare de protecţie şi invertor cufuncţionare în 3 nivele de tensiune, realizează cu tiristoare cu blocare pe poartă – IGCT, şuntate cu diode inverse (fig. 3.71 ). Scopul principal al acestei scheme,împreună cu filtrul L-C de ieşire, constă în generarea unui curent sinusoidal.

Fig.3.71 Schema de for ţă cu 3 nivele a convertoarelor de tensiuni înalte ACS 1000




Formele tensiunii de linie şi curentului modelului matematic al acestui invertor sunt ar ătate în figura 3.72 . Tensiunea de linie în această figur ă are 2 nivele, însătensiunea de fază - 3 nivele, care apropie forma curentului de sinusoidă.

Fig.3.72 Formele de undă ale tensiunii de linie şi curentului invertorului cu 3 nivele

Aspectele constructive compacte al convertizoarelor ACS 1000 cu ventilator şicu apă de r ăcire a elementelor semiconductoare sunt ar ătate în figurile 3.73-3.74 .

Fig. 3.73. Aspectul general al convertoarelor ACS 1000 cu ventilator de r ăcire




Fig. 3.74. Aspectul interior al convertizoarelor ACS 1000 cu apă de r ăcire

În ultima variantă convertoarele conţin o secţie adăugătoare de r ăcire (ultimadin dreapta), care printr-un sistem special pompează continuu apa prin cămăşileradiatoarelor tiristoarelor şi diodelor, având prevăzut, de asemenea, şi un sistem de prelucrare – cur ăţire a acestei ape. Toate ventilele semiconductoare ale invertoruluisun montate pe o ramă rotitoare, care simplifică asamblarea şi verificarea lor.Prima secţie din stânga în ambele variante este secţia sistemului de comandă.

Convertoarele de tensiune înaltă ACS 5000-6000 au o construcţie modular ă din blocuri unificate electronice de putere pentru o singur ă fază (PEBB). Defazând cu120 º trei astfel de blocuri monofazate, se obţine un convertor trifazat (fig. 3.75 ).

Fig. 3.75. Schema bloc a convertoarelor de tensiune înaltă ACS 5000-6000






Convertizoarele Altivar 71 pot fi alimentate atât de la o reţea trifazată decurent alternativ, cât şi de la o reţea de curent continuu. Aceste convertizoare, spredeosebire de altele, nu se evidenţiază printr-o constricţie remarcabilă, ci printr-unsoft netradi ţional , care nu se vede la exterior, însă tocmai el şi le face deosebite şiincomparabile. Sistemul de programare al convertizoarelor Altivar 71

constituie o elaborare tehnic ă profund ă, acumulată de programiştii companieiTELEMECANIQUE în decursul multor ani şi exprimată printr-o diversitate marea regimurilor şi legilor de reglare, precum şi printr-o multitudine de posibilităţi şifuncţii aplicative, atât de necesare în practică. Toate acestea împreună au permisobţinerea unor performanţe, comparabile cu cele ale acţionărilor reglabile de curentcontinuu:- diapazonul de reglare a vitezei f ăr ă traductor - 100:1, iar cu traductor - 1000:1;- precizia de stabilizare statică a vitezei motoarelor asincrone cu traductor incremental fotoelectronic constituie 0,01 %, iar f ăr ă encoder – până la 10 %;

- precizia de stabilizare a vitezei motoarelor sincrone este foarte înaltă (0,01 %) şif ăr ă traductor de poziţie, fiind determinată de caracteristica mecanică naturală;- datorită reglării vectoriale cuplul dezvoltat de motoarele asincrone r ămâneconstant la viteze foarte mici;- reglarea optimă a tensiunii şi frecvenţei în funcţie de sarcina de la arbore asigur ăo micşorare substanţială a consumului de energie electrică;- suprasarcina poate să atingă 170 % în decurs de 60 de secunde;- cuplul de frânare reostatică incorporată poate să atingă 30 %.

Performan ţa remarcabil ă a convertizoarelor Altivar 71 o constituie însă programarea simplă, rapidă şi optimă prin utilizarea unor subprograme specializatedomeniilor tipice de aplicaţie a convertizoarelor de frecvenţă pentru acţionareamecanismelor, care necesită o reglare a vitezei. Dintre aceste mecanisme cele mair ăspândite sunt următoarele:

1) mecanismele de ridicare (macarale de construcţii, poduri rulante şi cu capre);2) ascensoarele de persoane şi de mărfuri;3) mecanismele de transportare (conveierele cu bandă sau cu role, mecanismele

de depozitare şi aranjare a mărfurilor);4) maşinile de fasonare, împachetare şi etichetare a sticlelor şi cutiilor;5) maşinile textile (strunguri de ţesut, maşini de înf ăşurare-desf ăşurare, de

scărmănare, împletire şi altele);6) maşinile unelte şi strungurile de prelucrare fină a lemnului;7) mecanismele cu moment mare de iner ţie (centrifugele, mixerele);8) liniile tehnologice automatizate cu regulatoare propor ţional – integral –

diferenţiale ale unor parametri tehnologici de bază – presiune, debit, nivel;Fiecare clasă de maşini şi mecanisme necesită pentru reglare şi automatizare

mai multe funcţii şi regimuri aplicative, atât tipice, cât şi specializate, care trebuiesă fie realizate de către sistemul (programul) de comandă al CFV. Producătoriiconvertoarelor Altivar 71 au reuşit să ia în consideraţie la elaborarea programului

de comandă toată multitudinea (nomenclatura) de funcţii necesare – aplicative şitehnice, însă n-au reprezentat-o prin parametri, cum au procedat majoritateacompaniilor. Această nomenclatur ă de funcţii (parametri) este împăr ţită în 4 grupe




1) funcţii de comandă şi reglare automată;2) funcţii de prescriere (referinţă) a vitezei de reglare;3) funcţii speciale;4) funcţii de protecţie şi de comandă în caz de apariţie a unor defecţiuni.

Specificul general al acestor grupe – codarea prin litere şi nu prin cifre a

func ţiilor, ceea ce are atât +, cât şi -. Prima grup ă include următoarele funcţii: Reglarea frecvenţială propor ţională şi simplă U/f =const; Reglarea vectorială cu şi f ăr ă traductor discret de viteză; Poziţionarea motorului asincron cu şi f ăr ă traductor de poziţie; Reglarea frecvenţială propor ţională până la valori mari -500-1000 Hz; Limitarea supratensiunilor la bornele motorului, datorate cablurilor de marelungime, care se realizează prin instalarea unor filtre capacitive adăugătoarefaţă de pământ (conductorul de legare la nul PE );

Conectarea la circuitul intermediar şi comun de curent continuu a modulelor de frânare reostatică, a modulelor de recuperare sau a invertoarelor autonome de alimentare şi reglare a mai multor motoare;

Magnetizarea prealabilă a motorului, utilizată la macarale, în scopul obţineriiunui cuplu de pornire maxim, care se realizează prin aplicarea prealabilă aunui impuls de curent nominal şi micşorarea lui apoi până la valoareacurentului de mers în gol (de magnetizare) în momentul deblocării frâneielectromagnetice şi pornirii propriu zise;

Alegerea unei valori optime de comutaţie de frecvenţă înaltă PWM 1-16kHza tranzistoarelor în scopul micşor ării pierderilor de comutaţie în invertor şi

reducerii zgomotului motorului (valoarea instalată de uzină - 2,5kHz, 4kHz); Acordarea automată a sistemului de reglare timp de 1-2 secunde înmomentul pornirii şi realizării legii U/f prin măsurarea prealabilă în curentcontinuu a rezistenţei înf ăşur ării statorice şi compensarea căderii de tensiuneIR în scopul obţinerii unui cuplu maxim de pornire;

Compensarea alunecări în regim nominal f ăr ă traductor de viteză.Unele din aceste funcţii includ, la rândul lor, câteva variante. De exemplu

reglarea vectorială poate fi realizată în tensiune sau curent, iar reglarea U/f - cu o prescriere a 2 puncte (iniţial şi final – fig, 3.78, a ) sau a mai multor puncte (până

la 5 – fig. 3.78, b ) în scopul ocolirii turaţiilor de rezonanţă mecanică.

a) Fig, 3.78. Legea de reglare U/f prin 2 puncte (a) şi prin 5 puncte (b)




Grupa func ţiilor (parametrilor) de prescriere (referinţă) a vitezeimotorului, realizată prin aplicarea diferitor semnale reglabile de prescriere laintrarea convertizorului, include şi ea o varietate relativ mare:

Prescrierea unipolar ă sau bipolar ă, analogică sau discretă, liniar ă sauneliniar ă, simplă sau complexă;

Însumarea, scăderea sau multiplicarea mai multor semnale de prescriere; Programarea vitezei de variaţie în timp a semnalelor de prescriere; Realizarea regimului pas cu pas (JOG) a vitezei motorului; Poziţionarea mecanismului cu ajutorul limitatoarelor de cursă; Memorizarea şi sincronizarea semnalelor de prescriere în cazulacţionărilor în grup cu mai multe convertizoare şi motoare.

Calibrarea semnalelor de prescriere se efectuează, ca de obicei, în %, cum estear ătată în câteva exemple în figura 3.79 .

Fig. 3.79. Variante de variaţie şi calibrare a semnalelor de prescriere ale CFVVariaţia frecvenţa de ieşire a invertorului poate să fie programată, de asemenea,

după mai multe funcţii (fig. 3.80).

Fig. 3.80 Exemple de variaţie programabilă a frecvenţei de ieşire a convertizorului




A 3 grup ă de func ţii (param etri) o constituie grupa specială, care include: Reglarea vitezei sau a cuplului motorului, ca parametru principal; (s douavariantă se realizează prin reglarea curentului la un flux (U/f) constant);

Limitarea cuplului în regim de motor şi generator; Măsurarea sarcinii motorului, realizată la macarale şi ascensoare printr-un traductor de masă; Echilibrarea sarcinii şi sincronizarea a 2 motoare, alimentate de laconvertizoare diferite;

Reglarea propor ţional –diferenţial – integrală (PID); Alegerea şi comanda regimurilor de frânare; Ridicarea şi coborârea accelerată a greutăţilor la macarale; Poziţionarea discretă a mecanismelor de deplasare cu ajutorullimitatoarelor de cursă;

Comanda şi reglarea mecanismelor de înf ăşurare – desf ăşurare; Comanda şi reglarea mecanismelor cu sarcină neechilibrată; Comanda contactoarelor exterioare de la intrarea sau ieşirea CFV; Accesul la grupuri diferite de funcţii (parametri) şi altele.

Acordarea regulatorului PID include mai multe operaţii de compromis dintre prescriere şi reacţie, coeficienţii păr ţilor propor ţionale rPG, integrale rIG şidiferenţiale rdG, care să asigure un timp de reglare optim, o eroare staţionar ăminimă şi o stabilitate bună f ăr ă oscilaţii şi suprareglări mari (fig. 3.81 ).

Fig. 3.81. Principii de acordare optimă a regulatorului PID






Fig. 3.83. Principii de comandă ale mecanismului de deplasare şi frâneimacaralelor cu convertizor ATV7




Ultima grup ă de func ţii este cea de protecţii la defecţiuni, care include: Blocarea sau funcţionarea convertizorului de frecvenţă în caz de defecţiuni; Protecţia termică, inclusiv cu termorezistenţe, a motorului; Protecţia la dispariţia unei faze de alimentare a motorului; Protecţia la ieşirea din funcţie a unui tranzistor de putere; Protecţia la întreruperea circuitelor de reacţie de la traductoare; Protecţia la micşorarea neadmisibilă a tensiunii reţelei de alimentare: Conectarea la motorul aflat în mişcare cu viteză arbitrar ă şi altele.

Toate funcţiile din toate grupele menţionate sunt necesare şi raţionale numai pentru anumite mecanisme industriale tipice, de aceea ele au fost repartizate în 7seturi , numite macroconfigura ţii. Alegerea unei configuraţii condiţionează outilizare automată a funcţiilor respective, împreună cu anumite intr ări / ieşiricorespunzătoare, însă a fost prevăzută şi o posibilitate de corecţie a configuraţieialese. Din numărul celor 7 macroconfiguraţii fac parte:

1. Mecanisme cu porniri / opriri frecvente (Start /Stop);2. Mecanisme reglabile de transportare (M. Handling);3. Mecanisme reglabile de uz general(Gen. Use);4. Mecanisme reglabile de ridicare (Hoisting);5. Sisteme tehnologice cu reglare PID (PID –regul.);6. Comunicare în reţele de automatizare (Network C)7. Funcţionare în regim Conduc ător /condus (Master / slave).În afar ă de aceste macroconfiguraţii de utilizări aplicative, sunt prevăzute, de

asemenea, 3 configuraţii pentru convertizor în ansamblu: cu alimentare a unui

singur motor, a 2 şi 3 motoare (multimotoare). În figura 3.84 este ar ătată schemade utilizare a convertizorului Altivar 71 pentru acţionarea unui mecanism deridicare împreună cu frâna electromagnetică, iar in figura 3.85 – schema dealimentare a 2 motoare în regim Master / Slave. În primul caz în serie cu bobinaelectromagnetului trebuie inclus contactul de stare al convertizorului Power Removal, pentru a frâna motorul în momentul deconectării. În cel de-al doilea cazconvertizorul Master conduce pe cel de-al doilea în regim de reglare a cuplului, pentru a asigura o echilibrare a sarcini şi sincroniza viteza lor.

Fig. 3.84. Schema de comandă a mecanismului de ridicare cu CF Altivar 71




Fig. 3.85. Schema de alimentare Master/Slave a 2 motoare de la Altivar 71

Convertizoarele Altivar 71 sunt prevăzute cu 2 variante de panouri de comandăşi programare ale operatorului: unul simplu şi incorporat, iar altul demontabil şiopţional până la puteri de 15 kW, care se suprapune peste primul. Panoulincorporat are un indicator digital de 4 cifre şi 4 taste, iar panoul demontabil – unindicator grafic de 8 rânduri şi mai multe taste (fig. 3.86 ).Primul rând indică stareacodată a CFV, canalul activat de comandă, frecvenţa prescrisă şi curentulmotorului. Rândul al doilea este prevăzut pentru meniul sau submeniul curent.Rândurile 3-7.indică submeniurile, parametrii şi valorile lor numerice, iar rândul al8-lea – funcţiile tastelor F1-F4: F1-Help; F2-‹‹; F3-››; F4-Quick (rapid).

Fig. 3.86. Panouri de comandă şi programare ale convertizoarelor Altivar 71






măsurarea lor, de exemplu a rezistenţei înf ăşur ării statorice, în scopul acordăriioptime a sistemului de reglare automată. Destul de performante sunt, de asemenea, posibilităţile de protecţie şi de automatizare ale motorului şi convertorului. Deexemplu, convertizorul poate funcţiona în regim de variator de curent continuu(chopper), care poate fi utilizat nu numai pentru frânare, ci şi pentru o încălzire şi

uscare prealabilă a motorului asincron cu curent continuu în diapazonul 0-100 %după o staţionare îndelungată în condiţii de umezeală, când rezistenţa izolaţieiscade. Micşorarea substanţială a acestei rezistenţe ar putea condiţiona ostr ă pungere a ei şi o ieşire din funcţie a motorului în momentul pornirii lui.

Elementele panoului demontabil de comandă locală sau de la distanţă al CFVVLT 6000 HVAC sunt împăr ţite în 5 grupe ( fig. 3..88) :

1) Display numeric cu 4 rânduri de cristale lichide;2) Butoanele de alegere a regimului de afişare a display-lui DISPLAY MODE

şi a tipului meniului de acces la 12 parametri principali – QUICK MENU , – sau

la toţi parametrii – EXTEND MENU ;3) Butoanele de parametrizare a meniurilor: CHANGE DATA – permitevariaţia parametrilor aleşi; CANCEL – anularea lor; OK- confirmarea valoriialese.

4) Lămpile de semnalizare: ALARM – roşie – de semnalizare a semnalelor de avarie;WARNING – galbenă - de preîntâmpinare a unor regimuri anormale; ON – verde - de semnalizarea tensiunii de alimentare a CF VLT;

5) Butoanele de comandă manuală locală:HAND START – pornirea manuală locală ;OFF STOP – asigur ă deconectarea motoruluidacă în parametrul 013 este aleasă opţiuneaENABLE (permis), (dacă este aleasăDISABLE, butonul OFF STOP se blochează);AUTO START – asigur ă comanda operativă prin interiorul intr ărilor discrete şi / sau prininterfaţa serială RS 485;

RESET – asigur ă resetarea convertoruluidupă acţionarea unui semnal de avarie şi dupădeconectare.

Fig. 3.88. Panou de comandă VLT6000VLT 6000 permite mai multe variante de afişare pe display a parametrilor şi

regimurilor alese sau curente. Unii parametri pot fi exprimaţi, la rândul lor, înunităţile lor tradiţionale, sau în [%]. La o funcţionare normală pe indicator pot fiafişaţi 4 parametri principali de lucru: 3 – cu caractere mai mici în primul rând, iaral 4-lea. – cu caractere mari, de regulă, frecvenţa în [HZ]. pentru a putea fi văzutăde departe, - în rândul 2.

Schema de conexiuni exterioare VLT 6000 HVAC este reprezentată in fig.3.89 , în care intr ările analogice [0-10V] sau [0-20mA] şi discrete 24 V suntamplasate în partea stângă, iar ieşirile şi interfaţa RS 485 – în partea dreaptă.




Fig. 3.89.Schema de conexiuni exterioare ale convertizoarelor VLT 6000 HVAC

Ţinând de concurenţa foarte aspr ă de pe piaţa mondială, în ultimii ani companiaDanfoss nu numai că şi-a modernizat convertoarele mai vechi, ci a creat o serieîntreagă de convertizoare noi, cu puteri maxime de 2 ori mai mari şi cu diferitedestinaţii, cu funcţii multiple, care iau în consideraţie practic toate cerinţeletehnicii moderne (Tabelul 3.5),

Nomenclatura convertizoarelor companiei DANFOSS Tabelul 3.5 Nr Tipul convertorului Destina ţia principal ă Gama puterilor 1. VLT Micro Drive HVAC, Utilaj tehnologic 0,18 – 7,5 kW2. VLT Decentral FCD 300 Montare pe motor 0,37 – 5,0 kW3. VLT 2800 Universală 0,3 – 18,0 kW4. VLT HVAC Încălzire, ventilare, condiţionare 1,1 – 400 kW

5 VLT AQUA Drivve Alimentare cu apă şi canalizare 0,25 - 630 kW6. VLT High Power Universală 45 – 1200 kW7. VLT Automation Drive Servomecanisme 0,2 – 1200 kW




Gama de puteri a tuturor convertoarelor este împăr ţită în 5 grupe de tensiune:1x200-240 V, 3x200-240 V, 3x380-380 V, 3x525-600V şi 3x600–690 V.Convertoarele de putere mare se confecţionează în Statele Unite ale Americii,tranzistoarele IGBT şu motor-reductoarele – în Germania, iar producţia principală – în Danemarca. Însă în orice ţar ă şi la orice etapă de producere se asigur ă o calitate

ireproşabilă şi o fiabilitate înaltă. Programarea şi documentaţia de efectuează întoate limbile principale ale lumii, iar centre de deservire există în peste 100 de ţări.Compania Danfoss a lucrat foarte mult şi asupra optimizării construcţieiconvertoarelor sale, transformând-o într-o artă inginerească. În rezultat s-a reuşit săse combine performanţele tehnice înalte cu o construcţie foarte compactă şi cu undizain modern atractiv. Această armonie dintre ele este caracteristică începând cucele mai simple şi mai compacte VLT Micro Drive (fig. 3.90 ) şi terminând cu celemai desăvâr şite VLT Automation Drive, care reprezintă o nouă generaţie universalăa convertoarelor de frecvenţă, destinată pentru poziţionarea precisă a

servomecanismelor şi liniilor tehnologice cu oprire exactă a conveierelor (fig. 3.91 ).

Fig. 3.90. Elemente constructive de bază ale convertoarelor VLT Micro Drive




Fig. 3.91.Elemente constructive de bază ale convertoarelor VLT Automation Drive

Ultima modificaţie prevede 2 variante de comandă şi acţionare: simplă sautradiţională (FC 301)– cu reglare propor ţională dintre tensiune şi frecvenţă, şi precisă sau de poziţionare (FC 302) – cu traductoare fotoelectronice (encodere)discrete cu frecvenţă maximă până la 110 kHz. Sunt prevăzute, de asemenea, şi 2variante de r ăcire a radiatorului de aluminiu, pe care sunt instalate elementelesemiconductoare de putere, - la o montare exterioar ă sau interioar ă (în dulapîmpreună cu alte dispozitive). Canalul de r ăcire poate fi cur ăţit uşor, la fel ca şiventilatorul, care poate fi demontat pentru aceasta. Convertizoarele VLTAutomation Drive, la fel ca şi Micro Drive, includ mai multe opţiuni, inclusiv uncontroler programabil logic adăugător şi liber, destinat numai pentruautomatizarea proceselor necesare ale utilizatorului. Acest controler, care se programează de către utilizator, poate controla orice intrare discretă aconvertorului, inclusiv intr ările de la traductoarele tehnologice, având posibilitateade a acţiona asupra sistemului de automatizare.

O desăvâr şire tehnică, în ceea ce priveşte simplitatea şi funcţionalitatea

sistemului în întregime, reprezintă panoul grafic de comandă al acestor convertizoare cu afişare posibilă în 6 limbi internaţionale de bază, inclusiv înlimba rusă (fig. 3.92 ). De aceea el prevede nişte litere, simboluri şi principii de




programare şi parametrizare, utilizate pe plan internaţional. Unele dintre acesteaau fost propuse de însăşi utilizatorii şi beneficiarii convertoarelor VLT. Acest panoul de comandă, în comparaţie cu celdin generaţia precedentă (fig. 3.88 ),

conţine câteva butoane noi, de exemplu:Status – indică starea convertizorului sauas motorului, iar apăsarea consecutivă de 3ori permite alegerea a 3 regimuri diferitede afişare a stărilor;

Alarm log – afişează ultimele 3 avarii;Back – pentru reîntoarcere înapoi la

ceea ce a fost deja;Info – prezintă informaţia concretă

despre comanda, parametrul sau funcţiadin orice rând al indicatorului digital;Hand on – asigur ă alegerea regimului de

comandă manuală cu ajutorul tastelor panoului local, precum şi pornireamotorului;

Auto on – serveşte pentru alegerearegimului de comandă automată de ladistanţă prin bornele semnalelor discretesau prin interfaţa serială RS 485;

Reset – reîntoarce convertizorul în stareainiţială după deconectarea avariată:

Fig. 3.92. Panoul modern de comandăMeniul rapid asigur ă acordarea parametrilor de bază, iar meniul principal

serveşte pentru programarea tuturor parametrilor. Nomenclatura acestor parametrieste relativ mare, asemănătoare cu cea a companiei Siemens. Pentru o simplificareşi o optimizare a proceselor de acordare şi programare, toţi parametriconvertizoarelor VLT 6000 HVAC sunt împăr ţiţi în 26 de grupe:

0-xx – parametrii de comandă şi de afişare; 13-xx – logica intelectuală;1-xx – parametrii de sarcină şi ai motorului; 14-xx – funcţii speciale;2-xx – grupa parametrilor de frânare; 15-xx - starea convertorului;3-xx – parametrii de prescriere şi de variaţie a vitezei; 16-xx – indicaţii;4-xx – parametrii de limitare şi de avertizare; 18-xx – ieşire adăugătoare;5-xx – parametrii discreţi de intrare – ieşire; 20-xx – buclă închisă;6-xx – parametrii analogici de intrare – ieşire; 21-xx – buclă închisă extinsă;8-xx – interfaţă şi dispozitive adăugătoare; 22-xx – funcţii aplicative;9-xx – reţeaua PROFIBUS a companiei Siemens; 23-xx – temporizări;

10-xx – reţeaua CAN a companiei Lenze; 24.xx - regim de incendiu;

11-.xx – parametrii reţelei Lon Works; 25-xx – controler în cascadă;26-xx – ieşiri analogice adăugătoare;CF VLT 6000 HVAC permit 4 blocuri diferite de parametri pentru utilizări diferite




În figura 3.93 sunt ar ătate unele exemple de utilizare a convertoarelor VLTAutomation Drive FC 302 pentru poziţionarea precisă a conveierelor liniilor tehnologice automatizate de transportare, împachetare, verificare, etichetare a buteliilor şi cutiilor.

Fig. 3.93. Exemple de utilizare a convertoarelor VLT Automation Drive în diferitesisteme de poziţionare a conveierelor liniilor tehnologice automatizate

Pentru sistemele de acţionare de putere mică (0,37 - 5,0 kW) este raţionalăutilizarea convertoarelor de frecvenţă combinate VLT Decentral FCD 300 (fig.3.94, a ), care sunt proiectate pentrumontarea pe corpul motorului, alcătuindun singur bloc (fig. 3.94, b – FCM).Aceste convertoare au o execuţie protejată IP - 66 pentru a rezista lavibraţii şi alte condiţii grele de lucru. Înunele cazuri la monoblocul convertor – motor se mai adaugă reductorul sau pompa. a)

Fig. 3.94. Convertoare VLT Decentral FCD




3.5.7 Convertizoare şi servosisteme ale companiei Omron

3.5.7.1 Convertizoare de uz general

Compania Omron a fost şi r ămâne un lider mondial în domeniul

automatizărilor industriale, care a acumulat o experienţă bogată şi în domeniulconvertizoarelor de frecvenţă. Nomenclatura generală a lor este prezentată întabelul 3.2 . Ea include 2 grupe principale: convertizoare de uz general şiservoconvertizoare cu performanţe înalte. Primele se aseamănă mult cu celedescrise deja mai sus, de aceea în continuare vor fi evidenţiate doar unele particularităţi ale lor.

Unele din cele mai simple şi mai compacte convertizoare de putere mică (0,1-4,0 kW) au fost Varispeed (VS) mini J7 cu comandă scalar ă U/f (fig. 3.95, a ) şi3G3MV (0,1-7,5 kW) cu reglare vectorială f ăr ă traductoare în motor. Ele prevăd

un reactor în circuitul intermediar de curent continuu, care asigur ă o filtrare maiefectivă a armonicilor superioare în curentul absorbit din reţea, decât reactoarelede curent alternativ de la intrarea redresorului. Compensarea căderii statorice detensiune IR asigur ă un cuplu nominal al motorului, începând cu 1-1,5 Hz. În prezent aceste convertizoare sunt înlocuite cu alte tipuri mai performante – Varispeed G7.

Particularitatea specific ă principal ă a convertizoarelor 3G3MV, precum şi atuturor celorlalte modificaţii, o constituie includerea în componenţa lor a unuimicrocontroler programabil logic (PLC ) simplificat cu 10 intr ări – ieşiri şi 4 kBmemorie constantă, ceea ce permite acţionarea şi automatizarea complexă amecanismelor cu complexitate redusă f ăr ă controler industrial adăugător.

a) b)Fig. 3.95. Convertizoare Varispeed miniJ7 (a) şi Varispeed E7 (b) pentru pompe, ventilatoare, compresoare, conveiere




Pentru motoare cu puteri mai mari - 0,4 – 300 kW compania Omron produceconvertizoare Varispeed E7 (fig. 3.95, b ) cu reglare scalar ă şi minimizare aconsumului de energie electrică de către pompe şi ventilatoare, precum şiconvertizoare cu reglare vectorială şi cu construcţie asemănătoare Varispeed F7 .Acestea din urmă sunt destinate pentru mecanisme cu cerinţe înalte faţă de reglarea

dinamică şi stabilizarea statică a vitezei motoarelor.O alt ă particularitate specific ă de baz ă a tuturor acestor convertizoareconstă în alimentarea lor printr-un bloc cu 2 redresoare conectate în paralel, ceeace măreşte numărul de pulsuri întensiunea redresată până la 12 şimicşorează amplitudinea lor. Caurmare, se reduc armonicele superioareale curentului consumat f ăr ă a utilizafiltre inductive adăugătoare la intrare.

Însă pentru alimentarea redresoarelor paralele este necesar un transformator trifazat cu 2 înf ăşur ări în secundar.Dacă acesta lipseşte, intr ările seconectează în paralel, aşa cum estear ătat în figura 3.96.

Fig. 3,96. Schema de alimentare a CFV VarispeedDin grupa convertizoarelor japoneze moderne fac parte Varispeed V7 şi

Varispeed G7 (fig. 3.97 ). Ultimul tip are o acordare automată a sistemului dereglare şi o schemă a invertorului cu 3 nivele de tensiune, identică cu cea aconvertizoarelor ACS 1000 ale companiei ABB (fig. 3. 71 ).

Fig.3.97 Convertizoare moderne Varispeed V7 (a) şi Varispeed G7 (b) cu 3 nivele




Schema conexiunilor de intrare şi ieşire ale convertizoarelor Varispeed F7, cuinductivităţi de filtrare în la intrarea redresoarelor şi un filtru inductiv L-X încircuitul intermediar de curent continuu, este prezentată în figura 3.98 . Reostatulde frânare dinamică se conectează la bornele B1-B2 ale acestui circuit.

Fig. 3.98. Schema conexiunilor de intrare şi ieşire ale convertoarelor Varispeed




3.5.7.2 No ţiuni generale despre sisteme şi traductoare de pozi ţie

Servoconvertizoarele sunt cele mai performante tipuri de convertoare defrecvenţă variabilă, deoarece sunt prevăzute pentru diferite servomecanisme cucerinţe înalte în ceea ce priveşte rapiditatea şi precizia de reglare a vitezei lor la

efectuarea unor deplasări sau poziţionări liniare sau unghiulare. Dintre acestemecanisme, cu astfel de mişcări, inclusiv pas cu pas sau dintr-un punct până în alt punct, fac parte roboţii industriali şi maşinile unelte de prelucrare a metalului şi alemnului, automatele de etichetare şi împachetare ale liniilor tehnologice moderne,conveierele de montare a dispozitivelor microelectronice, maşinile de fabricare ahârtiei şi cartonului, laminoarele, maşinile textile, instalaţiile de înf ăşurare -desf ăşurare, instalaţiile de turnare a maselor plastice sub presiune şi altele.Majoritatea dintre aceste instalaţii sunt acţionate de mai multe motoare, caretrebuie să fie sincronizate între ele, de aceea necesitatea sincronizării şi a

funcţionării coordonate în regim Master – Slave (conducător – condus) constituie,de asemenea, o cerinţă importantă a lor. Reglarea şi poziţionarea lor se efectueazăcu ajutorul servoconvertizoarelor speciale de frecvenţă şi servomotoarelor speciale,iar automatizarea – cu ajutorul unor controlere specializate, numite controlere depozi ţionare(Position controllers) sau de mi şcare (Motion controllers) (cap.2).

În figura 3.99 este prezentată diagrama de deplasare liniar ă şi structuragenerală a mecanismului de avans a unui strung, masa cu scule a căruia sedeplasează cu ajutorul cuplajului tipic „şurub-piuliţă” şi arborelui filetat, unit curotorul motorului de acţionare electrică. Deplasarea organului de lucru (OL) estecontrolată cu ajutorul unui traductor de poziţie (TP), semnalul de ieşire al căruia(ACTPOS) este aplicat la intrarea regulatorului de poziţie (RP) al controlerului de poziţionare (Position controller) împreună cu semnalul de prescriere a deplasăriiliniare necesare (SETPOS), impus de elementul de prescriere a poziţiei (EPP).Regulatorul de poziţie impune regulatorului de viteză al convertizorului defrecvenţă variabilă (CFV), reprezentat ca un amplificator, un semnal de comandăîn funcţie de abaterea curentă de poziţie ε(t) = SETPOS – ACTPOS.

Fig. 3.99. Principiul şi structura generală de poziţionare a unui servomecanism




Când valoarea reală a poziţiei atinge valoarea ei prescrisă, abaterea ε(t) semicşorează ε(t) 0, iar regulatorului de poziţie iese din saturaţie maximă, limitatăde dispozitivul DL, şi micşorează viteza reală a motorului până la zero. Schema bloc a sistemului de reglare automată tipică a poziţiei este ar ătată în figura 3.100.

Fig. 3.100. Schema bloc a sistemului de reglare automată tipică a poziţiei

În cazurile unor deplasări curbliniare în plan sau în spaţiu sistemul de poziţionare trebuie să conţină 2 sau 3 servomecanisme motoare (2 sau 3 axe deacţionare reglabilă cu convertizoare de frecvenţă), identice celui descris mai sus.Controlerul de mişcare trebuie să conţină 2 sau 3 regulatoare de poziţie, precum şiun sistem de reglare coordonată a lor, numit interpolarator. Într-adevăr, pentru prelucrarea unor piese din metal sau lemn cu un profil curbliniar, este necesar ă oreglare concomitentă şi coordonată a tuturor servomecanismelor. Pentru aceastazona de lucru a servomecanismelor se încadrează într-un sistem fix de coordonate.Traiectoria de prelucrare a piesei în acest caz se împarte în mai multe por ţiunitipice simple – liniare sau curbliniare, indicând coordonatele punctului iniţial şifinal pentru fiecare din ele. Aceste puncte se mai numesc puncte de referinţă.Poziţionarea concomitentă a tuturor servomecanismelor se efectuează pe baza unui program, constituit din mai multe subprograme (cadre), elaborate pentru fiecare por ţiune simplă a traiectoriei de mişcare. Ca urmare, acest program, realizat decătre interpolarator, modelează traiectoria necesar ă de mişcare aservomecanismelor, controlând în fiecare moment de timp cu ajutorultraductoarelor de poziţie traiectoria reală şi corectând astfel deplasărilor lor, încâtambele traiectorii să coincide cât mai exact.

Evident, că pentru o poziţionare cu o precizie înaltă, TP trebuie să fie realizateîn formă discretă sau digitală. Există mai multe tipuri de traductoare de pozi ţie(TP ) - liniare sau rotative , analogice ( cu semnale sinusoidale sau cosinusoidale)sau discrete, electromagnetice (magnetorezistive) , electromecanice (rezolvere)sau fotoelectronice (encodere). Cea mai largă r ăspândire au că pătat-o encoderele,care se divizează în 2 grupe principale: incrimentale (relative) sau absolute.

Traductoarele incrementale relative prevăd un punct fix de referinţă de pecircumferinţă, de la care se măsoar ă poziţia, calculând numărul de discreteincrementale mici de la acest punct, transformate în impulsuri şi numărate de un

număr ător discret. Aceste traductoare se folosesc, de obicei, pentru măsurarea poziţiei şi a vitezei motoarelor asincrone. În cazul motoarelor sincrone cu magneţi permanenţi şi cu 4 sau 6 poli este necesar ă însă o măsurare absolută a poziţiei

EPP RP DL CFV M

TP

OL




unghiulare a rotorului în raport cu fiecare pol, care să asigure prin convertizorul defrecvenţă o funcţionare sincronă a statorului şi o poziţionare exactă a câmpuluimagnetic al acestuia.

În figura 3.101, a este reprezentat principiul constructiv şi de funcţionare altraductorului magnetorezistiv incremental, constituit dintr-un disc feromagnetic

dinţat (cu 50 sau 100 de dinţi), fixat pe rotorul motorului. Trei magneţi permanenţi(senzori magnetorezistivi), în forma unor dinţi şi cu 2 poli Nord – Sud, sunt fixaţide stator la o distanţă de 0.3-0.5 mm de disc. Primii 2 senzori sunt fixaţi cu undefazaj de 90º în raport cu perioada de repetiţie a dinţilor, iar al treilea senzor serveşte ca referinţă prin faptul, că dintele discului de sub el este gol. Când motorulse roteşte, are loc o variaţie alternativă şi periodică a întrefierului dintre senzori şidisc, iar ca urmare şi o variaţie corespunzătoare a fluxului magnetic datorită formeitrapezoidale a fiecărui dinte de pe rotor. Această variaţie inversată G1I şi G2I, precum şi ne inversată G1N, G2N, este detectată de senzori şi aplicată la intrarea

unor amplificatoarele diferenţiale. Formele de undă ale tuturor semnalelor amplificate de ieşire sunt ar ătate în figura 3.101, b .

Fig. 3.101. Principiul constructiv şi de funcţionare al encoderului magnetorezistiv

Traductorul electromecanic absolut de pozi ţie (rezolverul ) reprezintă omicromaşină de curent alternativ cu o înf ăşurare dealimentare (referinţă) pe rotor şi cu 2 înf ăşur ări de

ieşire, defazate cu 90º (SIN şi COS), pe stator (fig.3.102 ). Rotorul rezolverului este cuplat cu rotorulmotorului de acţionare, poziţia rotorului căruia trebuiemăsurată. Principiul de funcţionare al rezolverului se bazează pe legea inducţiei electromagnetice, fiindidentic cu principiul unui transformator rotativ.Formele de undă ale tensiunilor statorice şi rotorice pentru 2 valori ale unghiului de poziţionare alrotoarelor – 0º şi 90º, precum şi în procesul de rotaţie,

sunt prezentate în figura 3.103 . Fig. 3.102. Principiul constructiv al rezolverului




Fig. 3.103. Forme de undă ale tensiunilor de referinţă şi de ieşire sinusoidală -

cosinusoidală pentru 2 valori ale unghiului de poziţionare şi în procesul de rotaţieEncoderele optice incrementale sunt constituite dintr-un disc

transparent rotativ cu 2 zone circulare A şi B, marcate pe roată lungimeacircumferinţei cu 1000-5000 liniuţe mici intransparente. Discul este montat pe arborele motorului, care se roteşte în fluxul de lumină al unei diodeluminiscente (LED), orientat cu o linză ş i reţea specială (fig. 3.104) . De partea opusă a discului se află nişte receptoare optice (fotodiode saufototranzistoare). În procesul de rotaţie al discului zonele opace întrerup periodic fasciculul de lumină, transformat de fotoelemente şi amplificatoareîntr-un şir de impulsuri electrice de frecvenţă înaltă. Aceste impulsuri suntapoi numărate de un număr ător discret de la intrarea CFV.

Fig. 3.104. Principiul constructiv şi funcţional al encoderelor optice incrementale

La o turaţie n=1500 rot/min şi un număr de segmente z=4000, frecvenţala ieşirea număr ătorului şi poziţia unghiular ă

kHz z n

f B A 10060

4000150060, ; 360

60360,

z n

z

f B A




Canalele A şi B, defazate cu 90º, generează impulsuri drepunghiulare defazatecu acelaşi unghi (fig. 3.105), necesare pentru a determina sensul de rotaţie almotorului. Al treilea sector Z are o singur ă liniuţăneagr ă, de aceea formează un singur impuls la orotaţie a discului (motorului) (нуль метка), care

serveşte ca punct de referinţă 0, de la care seîncepe măsurarea poziţiei. Ca urmare, canalulde referinţă Z poate servi totodată catahometru , deoarece generează un şir deimpulsuri, a cărui frecvenţă f Z, numărată deun număr ător, este propor ţională cu turaţiamotorului:

n=60f Z/z.Fig. 3.105. Impulsuri de ieşire ale encoderelor

În figura 3.106 sunt ar ătate nişte encodere industriale, care au un diametrurelativ mic - 60-90 mm.

Fig. 3.106. Aspectul exterior al encoderelor industriale incrementale şi absolute

3.5.7.3Servoconvertizoare performante de pozi ţionare ale companiei Omron

Unul din cele mai simple şi mai compacte servoconvertizoare japonezemoderne de putere mică şi de un singur servomotor (singur ă axă), destinat pentru

poziţionări simple (point to point) este Junma ML-2 (fig.

3.107 ). El se execută în 5modificaţii cu puteri de la 100W până la 750 W şi cugabarite foarte mici. Deexemplu, modificaţia de 100W are dimensiuni de 150x45mm, iar modificaţia 750 W – 150x70 mm, iar servomotoarele lor cântărescde la 0,9 kg până la 3,5 kg.

Fig.3.107 Servoconvertizor mic Jumna ML-2 şi servomotor ale companiei Omron




Servoconvertizoarele Jumna ML-2 pot funcţiona fie autonom, fie uncomponenţa unui servosistem multiaxial, comandate de un controler de poziţie pentru 16 axe de tipul CJ1W-NCF71 într-o reţea specializată MECHATROLINK –II (fig. 3.108 ).

Fig.3.108 Servosistem multiaxial cu controler de poziţionare CJ1W şi Junma ML-2

Pentru puteri mai mari ale motoarelor – 30-55 kW - sunt prevăzute un alt tipde servoconvertizoare, numite Sigma II Servo (fig, 3.109 ).

Fig. 3.109. Servoconvertizoare Sigma II şi servomotoare ale companiei Omron




În cazul completării cu module adăugătoare corespunzătoare Sigma II potîndeplini funcţia unui controler de poziţionare (fig, 3.110 ). Aceste convertizoare prevăd o autoacordare la parametrii motorului în momentul conectării, ceea cesimplifică implementarea lor în practică. În figura 3.111 este ar ătat un exemplu deutilizare a lor la marcarea trafaretului pe plăci de ceramică.

Fig. 3.110. Controler de poziţionare pe baza Fig. 3.111. Exemplu de servosistemconvertizoarelor Sigma II cu module pentru marcarea desenului pe ceramică

Unul din cele mai noi şi mai performante controlere modulare, universale şi

multiaxiale de mişcare ale companiei Omron este TRAJEXIA (f ig. 2.14). Însisteme de poziţionare el poate comanda până la 8 CFV Sigma II (fig. 3.112 ).

Fig.3.112Structura generală a unui sistem de poziţionare cu controler TRAJEXIA




3.5.8 Convertizoare de frecven ţă ale companiei LENZE3.5.8.1 Convertizoare de uz general

Compania Lenze depune un efort mare pentru a concura cu Omron îndomeniul CFV de uz general şi servoconvertizoarelor. În figura 3.113 suntar ătate cele mai simple, mai compacte şi mai ieftine convertizoare de uz general

SMD cu reglare scalar ă şi TMD (TML) cu reglare vectorială simplificată alecompaniei germane Lenze, produse în SUA. La o alimentare monofazată 1x230 Vşi puteri 0,25-2,2 kW primul tip cântăreşte 0,5-1,4 kg, iar cel de-al doilea tipl la oalimentare trifazată 3x380 V şi la puteri 0,37-7,5 kW,- 0,6-3,4 kg. SMD asigur ămai multe legi de reglare frecvenţială: liniar ă, pătratică, cu o alegere automată sauspecificată de parametrul C16 a tensiunii minime la o frecvenţă de 0 Hz (fig.3.114,a ). CFV Tmd) (Tml) mai asigur ă în plus o reglare vectorială simplă a vitezeisau a cuplului, o autoacordare a motorului prin măsurarea rezistenţei statorice şicompensarea IR şi un număr mai mare de parametri – C00-C99.

Fig.3.113 Convertoare simplificate şi compacte de uz general Smd şi Tml Lenze

Pe panoul de comandă al convertizoarelor SMD sunt amplasate doar 5 taste:RAN (Start), STOP, ENTER pentru intrare-ieşire din meniul de parametrizare, şi

2 taste de modificare a parametrilor.Schema conexiunilor de intrare şiieşire a convertizoarelor SMD estear ătată în figura 3.114, b.

Fig. 3.114 Acordarea legii U/f prin C16 (a) şi schema de conexiuni Lenze Smd (b)






Clasa de convertizoare de puteri mai mari este denumită Lenze 8200 Vector(0,25-90 kW) şi Lenze 9300 Vector (0,37-400 kW) (fig. 3.117 ), destinată pentrumecanisme cu cerinţe înalte în ceea ce priveşte performanţele dinamice şi statice., precum şi pentru sisteme cu mai multe motoare. Pentru aceasta sistemul de reglareşi programare al lor este prevăzut cu următoarele macroconfiguraţii :

Reglarea vectorială a vitezei motorului asincron; Reglarea vectorială a cuplului motorului; Poziţionarea şi dozarea mecanismelor cu şnec; Poziţionarea mecanismelor de deplasare; Reglarea întinderii mecanismelor de înf ăşurare – desf ăşurare; Sincronizarea a 2 motoare ale unui singur proces (regimul Master / Slave).

Fig. 3.117. Modificaţii ale convertizoarelor de frecvenţă Lenze 9300 Vector Aceste convertizoare au un panou demontabil

de comandă şi programare cu 8 taste şi unindicator alfa – numeric, care este ar ătat în figura3.118 . Tasta SHIFT îndeplineşte acelaşi rol, ca şiîn tastatura calculatorului, iar testa PRG estedestinată pentru diferite treceri de regim şi programare a parametrilor SRA

Fig. 3.118. Panou de comandă şi programare alconvertizoarelor Lenze 8200 şi 9300 Vector




În cazul unui sistem de automatizare cu 2 motoare sincronizate invertoarele auun singur bloc de alimentare (redresare) (fig. 3.119 ). O astfel de variantă asigur ă ostabilizare mai bună a tensiunilor de ieşire ale blocurilor invertoare şi un factor de putere mai mare datorită schimbului de energie reactivă dintre blocuri prinintermediul condensatorului circuitului comun de curent continuu şi bornelor lui

F4-F5. Intrarea alternativă trifazată a celui de-al doilea invertor este destinată pentru alimentarea de rezervă, în caz dacă puterea redresorului este insuficientă.

Fig. 3.119. Sistem de automatizare cu 2 motoare şi un singur bloc de alimentare

Ca aplicaţie practică a unui astfel de sistem poate servi comandă coordonatăa 2 motoare, care asigur ă înf ăş urarea / desf ăş urarea unor rulouri mari de sârmăsau cablu, reprezentată în figura 3.120, a ). Motorul A roteşte prin reductor tamburul, pe care se înf ăşoar ă materialul, iar motorul B asigur ă o deplasare liniar ă,ciclică, reversibilă şi coordonată a acestui material cu ajutorul elementului de

bobinare C în scopul obţinerii unei înf ăşur ări uniforme şi calitative. Acest elementserveşte ca piuliţă de deplasare pe arborele filetat, rotit prin reductor de motorul B,asemenea unui motor de avans . Inversarea lui şi a elementului C se efectuează cuajutorul a 2 limitatoare de curs ă D şi E , care acţionează asupra invertoruluicondus B şi care formează o diagramă ciclică de funcţionare, ar ătată în figura3.120, b . Pentru o funcţionare coordonată a ambelor motoare invertorul conducător A (Master) impune invertorului condus B (Slave) semnalul său de prescriere afrecvenţei 1. Ca urmare, un singur semnal de comandă reglează productivitateaambelor motoare. Motorul principal A este prevăzut, de asemenea, cu un traductor

discret (incremental) de măsurare a poziţiei rotorului său, necesar ă pentru poziţionarea exactă a materialului rulant pe diametrul tamburului în timpul porniriisau opririi procesului de înf ăşurare.




Fig. 3.120. Structura generală şiciclograma de funcţionare asistemului de înf ăşurare -

desf ăşurare a unor rulouri mariÎn prezent compania Lenze a trecut la o generaţie nouă de convertizoare de uz

general, identificată cu un nou număr de serie – 8400. Această serie este divizată în2 variante principale :

8400 BaseLine pentru mecanisme cu cerinţe neriguroase (fig. 3.121, a); 8400 StateLine pentru mecanisme cu cerinţe severe (fig. 3.121, b).

a) b)Fig3.121Ultima generaţie de convertizoare Lenze 8400 BaseLine şi 8400StateLine




3.5.8.2 Servoconvertizoare de frecven ţă ş i servocontrolere programabile

Compania americană Lenze a elaborat mai multe generaţii deservoconvertizoare şi sisteme de poziţionare integrate cu convertizor şi controler programabil. Aceast ă integrare şi simplitate constituie performan ţa principal ă

şi particularitatea deosebit ă a servoechipamentelor moderne ale companieiLenze , care subînţelege integrarea într-un singur bloc a servoconvertizorului defrecvenţă variabilă şi a controlerului de poziţionare sau de mişcare, legate printr-omagistrală CAN cu panoul operatorului. Evident, că o astfel de integrare esteeficientă, atât din punct de vedere tehnic, cât şi economic. Pentru astfel de sistemeau fost elaborate nu numai diferite convertizoare şi controlere, ci şi celelalteelemente componente: necesare: panouri ale operatorului (fig. 3.122), module demultiplicare a numărului de intr ări–ieşiri şi de comunicare în diferite reţele,servomotoare, blocuri integrate motor - reductor şi convertizor – motor – reductor

Din generaţia precedentă fac parte : Servoconvertizoare de frecven ţă 9300 Servo (fig. 3.123 ) pentru motoareasincrone şi sincrone (0,37–400 kW), regimuri de poziţionare, supraveghere,conturare cu prelucrarea semnalelor encoderelor (rezolverelor);

Controlerul separat de 32 de biţi, proiectat pentru o funcţionare în reţea cuconvertizorul 8200 Vector şi cu alte componente - Drive PLC (fig. 3.124 );

Servoconvertizoare de frecvenţă 9300 Servo (0,37-90 kW), incorporate cuun controler adăugător de 32 de biţi, denumite Servo PLC (fig. 3.125);

Servoconvertizoare multiaxiale ECS (fig. 3.126 ) cu redresor separat

pentru sisteme de mişcare (Motion Control) multiaxiale (fig. 3.127 ).Servoconvertizoarele integrate Servo PLC au, la rândul său, mai multemodificaţii; de poziţionare „punct cu punct”, de înlocuire a controlerelor mecanicecu came, de sincronizare a 2 motoare, de înf ăşurare – desf ăşurare a unor materiale pe rulouri.

Fig. 3.122.Panouri ale operatorului Lenze Fig, 3.123. Convertizoare 9300 Servo






Fig.3.125Structura sistemului de poziţionare cu convertizoare integrate Servo PLC

Fig. 3.126. Invertoare axiale Lenze ECS şi blocuri de alimentare centralizată a lor




Fig.3.127 Structura unui sistem multiaxial de poziţionare cu invertoare axiale ECS

Din generaţia modernă aservoconvertizoarelor Lenzefac parte modificaţiile cunumăr de serie 940, 941Simple Servo (Pozi ţionServo ) (fig. 3.128) pentru puteri mici (0,37-5,5 kW) şimodificaţiile 9400 Servo pentru puteri mai mari. Elese programează limbajulSML (Simple Motion),

asemănător cu Basic.Fig. 3.128. Servoconvertizoare ultramoderne Simple Servo 940 şi 941



4. APLICA ŢII ALE SISTEMELOR DEAUTOMATIZARE ŞI ACŢIONARE

4.1 Sisteme moderne de înc ă lzire ş i alimentare cu ap ă cald ă

4.1 1. Noţiuni generaleÎn ţările cu climat rece sistemele de încălzire şi alimentare cu apă caldă aclădirilor comunale şi industriale consumă până la 25-30% din tot combustibilulrezervat economiei naţionale. De aceea reducerea acestui consum în condiţiile,când preţurile la carburanţi cresc permanent, constituie o problemă actuală şiimportantă, mai ales pentru o ţar ă ca Republica Moldova, care nu are surseenergetice proprii. Una din căile de rezolvare a acestei probleme energetice oreprezintă reglarea regimurilor termice ale instalaţiilor de încălzire în funcţie detemperatura mediului ambiant şi de graficul zi-noapte sau să ptămâna. În particular,

consumul de energie termică poate fi redus substanţial odată cu creştereatemperaturii mediului atmosferic. În plus, el poate fi redus pentru clădiri publice şiindustriale în timpul nopţii şi al zilelor de odihnă sau de sărbătoare, când personalul de lucru lipseşte. În clădirile locative comunale sau individuale graficulde optimizare a consumului de energie termică este mai restrâns – doar lacreşterea temperaturii mediului şi în timpul nopţii, când poate fi menţinută otemperatur ă scăzută. În timpul zilei, sau în timpul orelor de vârf de dimineaţă şi desear ă, pentru organismul uman este necesar ă o temperatur ă confortabilă de 18-22º.

Evident, că reglarea regimului termic în toate aceste cazuri trebuie automatizatăcu ajutorul unui sistem de automatizare, care trebuie să conţină nişte mijloacetehnice de măsurare şi de reglare automată, dintre care elementul principal îlconstituie termoregulatorul. Ţinând cont de multitudinea de variante dealimentare cu căldur ă, de puterea termică necesar ă diferită, precum şi de cerinţeleimpuse, au fost elaborate mai multe variante de sisteme automatizate de încălzireşi mai multe tipuri de termoregulatoare. Aceste sisteme pot fi instalate în puncteletermice comunale sau individuale, precum şi în cazangeriile raionale în cazulunei alimentări centralizate cu căldur ă. Reducerea centralizată a energiei termice,generate de cazangerii, se efectuiază uşor prin micşorarea temperaturii agentuluitermic (apei fierbinţi), păstrând acelaşi debit (reglare calitativă), însă ea estelimitată din cauza pierderilor mari în reţea şi alimentării nesatisf ăcătoare aconsumatorilor de la periferia raionului. Reglarea parametrilor principali aienergiei termice livrate de centrale electrice cu termoficare (CET) este dificilă,deoarece ea este un produs secundar al gener ării energiei electrice. Ca urmare,rezultă o cale alternativă de reducere a consumului de energie - în punctele termicelocale ale consumatorilor. Ea poate fi efectuată printr-un singur mod – prinmicşorarea debitului (reglare cantitativă), deoarece puterea termică PT este propor ţională cu debitul agentului termic Q şi cu diferenţa de temperatur ă ΔT de laintrare T1 şi ieşire T2 (randamentul furnizorului evident scade în acest caz):

QT P T , unde ΔT=T 1-T2Cea mai simplă metodă de reglare a debitului lichidelor şi gazelor din conducte

este cea de reglare automatizată a secţiunii transversale a acestor conducte,

raft Only



4.1 S ISTEME DE ÎNC Ă LZIRE Ş I ALIMENTARE CU AP Ă CALD Ă 304

efectuată cu ajutorul robinetelor (vanelor) reglabile, iar cele mai simpletermoregulatoare sunt termoregulatoarele hidraulice directe de presiune sautemperatură , care funcţionează f ăr ă nici o sursă suplimentar ă de energie, utilizândenergia hidraulică a presiunii lichidului şi reglând debitul prin această presiune.Însă performanţele tehnice şi de automatizare ale acestor regulatoare sunt limitate

în comparaţie cu termoregulatoarele electronice complexe.Una din companiile renumite, care a obţinut o bogată experienţă în elaborarea şimodernizarea sistemelor de încă lzire, ventilare şi condiţionare a aerului (înengleză – HVAC) este compania daneză DANFOSS. Această companie produce practic toate echipamentele şi mijloacele tehnice necesare pentru automatizareaacestor sisteme, începând cu cele mai simple robinete sferice manuale de controla lichidului sau gazului din conducte (fig. 4.1, a) sau termoregulatoare directe deradiator (termostate) (fig. 4.1, b), şi terminând cu termoregulatoarele electronicecomplexe cu microcontrolere programabile (fig. 4.1, c) sau instalaţiile gata

asamblate ale punctelor termice cu diferite variante de scheme tehnologice dealimentare cu căldur ă şi apă caldă ale clădirilor cu multe etaje (f ig. 4.1, d).

a) b)

c) d)

Fig. 4.1. Elemente simple de reglare (a, b) şi echipamente complexe deautomatizare a sistemelor hidraulice de încălzire (c, d) ale companiei DANFOSS

raft Only




4.1.2 Nomenclatura echipamentelor de automatizare ale companieiDANFOSS

Nomenclatura echipamentelor hidraulice, termice, electrice şi electronice deautomatizare ale companiei DANFOSS include următoarele tipuri de elemente

principale, utilizate pe larg în sistemele HVAC [66]: supape rotitoare cu disc (în rusă – заслонки дисковые поворотные ); supape antitur (în rusă – обратные клапаны ); diferite robinete (în engleză – vane, în rusă – регулирующие краны или

задвижки ) manuale sau motorizate de închidere-deschidere sau reglarelină a secţiunii a conductelor,

diferite ventile electromagnetice (în engleză – valve, iar în rusă – соленоидные клапаны или вентили) de închidere-deschidere discretă şicompletă a conductelor cu acţionare electromagnetică;

filtre cu sită (în rusă – сетчатые фильтры ); eliminatoare de aer (воздухоотводчики ); regulatoare hidraulice directe şi automate de presiune şi de debit; diferite regulatoare automate de presiune diferenţială (în rusă.

регуляторы перепада давления); relee de presiune (presostate) şi contact electric discret la ieşire; traductoare analogice de presiune cu semnale de ieşire 4-20mA, 0-10V; senzori de temperatură cu termorezistenţe şi termocupluri; relee de temperatură (termostate) cu contact electric discret la ieşire; debitmetre electromagnetice, masice şi ultrasonore; regulatoare electronice de temperatură cu microcontrolere programabile

şi diferite elemente discrete de execuţie; puncte termice asamblate cu tot echipamentul de automatizare şi cudiferite scheme hidraulice tipice;

întrerupătoare automate şi relee termice de protecţie a motoarelor deacţionare electrică;

contactoare electromagnetice şi electronice monofazate, bifazate şitrifazate de comandă elementelor de încălzire şi a motoarelor de acţionare;

taimere electronice multifuncţionale; dispozitive de pornire lină (startere) a motoarelor electrice cu tiristoare; variatoare monofazate de curent alternativ pentru reglarea şi stabilizareatemperaturii elementelor rezistive de încălzire;

convertizoare de frecvenţă cu invertoare autonome de tensiune modulată.Fiecare din aceste elemente şi echipamente prevede mai multe variante

constructive şi parametrice, de exemplu pentru diferite utilizări sau valoristandardizate ale diametrului conductelor, ale presiuni, debitului, curentului,tensiunii etc. O tr ăsătur ă specifică generală a acestui aparataj însă îl constituieconstrucţia şi funcţionarea individuală şi integrată a mai multor dispozitive, cândse realizează mai multe funcţii. În continuare vor fi analizate doar unele dispozitive

raft Only




În figura 4.2 este prezentată nomenclatura traductoarelor analogice depresiune MBS pentru apă sau gaze, în care unele sunt prevăzute pentrutemperatur ă înaltă până la 125ºC sau alte condiţii speciale, de exemplu pentruutilizări maritime (ultimele două) cu instalare nu pe conductă, ci pe perete.Diapazonul presiunilor de intrare ale acestor traductoare cuprinde diferite valori

absolute: 0-250; 0-400; 0-600 mbar; precum şi valori relative: 0-1; 0-2; 0-4; 0-6;0-10; 0-16 bar...0-600 bar. Semnalul lor de ieşire poate fi în curent 4-20 mA, sau întensiune 0-10 V sau 0-5 V, iar alimentarea – 0-5 V; 0-10 V; 10-30 (24)V DC (vezicapitolul 1). Precizia acestor traductoare este diferită - 0,2 %; 0,5 %; şi 1,0 %.

Fig. 4.2. Modificaţii constructive ale traductoarelor analogice de presiune MBS

În figura 4.3 sunt ar ătate modificaţiile MBT ale senzorilor de temperatură cutermorezistenţă de platină Pt 100 şi Pt 1000 şi termocupluri pentru apă, aer, gaz,abur şi temperaturi -50ºC→ 600ºC. Ele au un timp de reac ţie 0,3-30 s- pentru apăşi 80-800 s – pentru aer. Pentru ele sunt elaborate adaptoare MBT 9100 de obţinerela ieşire a unui semnal standardizat 4-20 mA (vezi capitolul 1).

Fig. 4.3. Modificaţii constructive ale senzorilor de temperatur ă Pt 100, Pt 1000

În figura 4.4 sunt reprezentate modificaţiile principale ale ventilelorelectromagnetice EV, bobinele cărora sunt prevăzute la diferite tensiuni dealimentare – 12 V sau 24 V de curent continuu şi 220 V sau 380 V curent alternativmonofazat 50Hz. Ventilele destinate pentru conductele cu abur rezistă până la 160-180ºC. Unele supape au o acţionare pneumatică (HP) sau hidraulică, adică nu au bobine electromagnetice de acţionare. Corpul lor este din cupru sau oţel inoxidabil.

Fig. 4.4. Modificaţii constructive ale ventilelor electromagnetice EV şi HP

raft Only




După caracteristica de intrare-ieşire ventilele electromagnetice se divizează în: ventile normal-închise – dacă bobina electromagnetului nu este alimentată

cu tensiune sau dacă lipseşte presiunea pneumatică de comandă, secţiuneacanalului controlat este complet închisă şi invers;

ventile normal-deschise – dacă bobina nu este alimentată, sau dacă lipseşte

presiunea pneumatică de comandă, secţiunea canalului comandat este completdeschisă şi invers;După principiul de acţionare aceste ventile se clasifică în:

ventile cu acţiune directă asupra secţiunii canalului principal, care au oconstrucţie mai simplă, însă sunt prevăzute pentru debite mici ( 0,08-8 m3/h );

ventile cu acţiune indirectă asupra secţiunii canalului principal, utilizândun canal intermediar de comandă şi o diafragmă, comandată printr-o diferenţă de presiune ( pentru debite 1-40 m3/h);

ventile cu servoacţiune indirectă asupra canalului principal, realizată

printr-un piston, comandat de o diferenţă de presiune (pentru 50-130 m3

/h); ventile cu servoacţiune indirectă şi independentă de diferenţa depresiune, comandată for ţat printr-un arc;

ventile electromagnetice proporţionale (robinete) secţiunea de deschiderea canalului este propor ţională cu tensiunea de comandă, aplicată către bobină;

ventile termostatice directe de comandă continuă în funcţie de temperatur ă.Ventilele electromagnetice EV se utilizează pentru lichide şi gaze neutrale

neagresive, iar ventilele pneumatice HP – pentru lichide şi gaze agresive.

În figura 4.5, a este reprezentat un ventil normal-închis cu acţiune directăEV210B, în figura 4.5, b – un ventil normal deschis cu acţiune indirectă EV220B,iar în figura 4.5, c – un ventil normal închis de presiune mare cu servoacţiuneEV224B. Ultimele ventile conţin o diafragmă de separare, haşurată cu negru, caredeschide sau închide canalul principal în funcţie de diferenţa de presiune aplicatăasupra ei. Această diferenţă de presiune este comandată de capul armaturilor mobile 3 ale electromagneţilor, care închide sau deschide un canal de reglare 6 sau4 cu o secţiune mai mare decât cea a canalului subţire de echilibrare 4 sau 7, princare presiunea agentului de intrare acţionează asupra membranei.

a) b) c)Fig. 4.5. Elemente constructive ale supapelor electromagnetice discrete EV

raft Only




4.1.3 Relee de presiune şi de temperaturăO utilizare largă în schemele simplificate de comandă discretă ale pompelor şi

compresoarelor au obţinut-o releele de presiune (presostatele), la fel cum şireleele de temperatură (termostatele) – la comanda boilerelor, cazanelor,ventilatoarelor şi altor instalaţii. Ambele tipuri de relee au o funcţionare discretă şi

o construcţie asemănătoare, deosebindu-se doar prin tipul senzorului. Cel detemperatur ă are şi el un tub gofrat (silfon), asociat cu o ţeavă subţire şi lungă, lacapătul căreea se află un cilindru mic ermetic, umplut par ţial cu un materialabsorbant (sau lichid) şi cu vapori suprasaturaţi. Presiunea acestor vapori estedependentă de temperatura corpului cilindrului (fig 4.6,a). Presiunea vaporilor acţionează, ca şi în senzorul de presiune, asupra tubului gofrat(Bourdo). Aceste relee au laieşire un contact comutator: 1-2 -

pentru starea neacţionată (Stop)şi 1-4 – pentru starea acţionată(Start) (fig. 4.6, b).

a) b)Fig. 4.6. Principii ale senzorilor termostatelor şi presostatelor

În figura 4.7 sunt ar ătate 3 tipuri de presostate – KP, KPS şi RT, senzorul căroraeste prevăzut pentru anumite intervale: -1→0; 1-10; 5-25; 10-30 bar, iar in figura4.8 – aceleaşi 3 tipuri, însă de termostate: a) - KP cu execuţie pentru condiţiinormale (IP33) şi diapazoane de temperaturi 0º-40ºC; 50º-100ºC; 80º-150º; b)-KPS – cu execuţie IP67 şi funcţionare la cele mai grele condiţii şi c) - RT cuexecuţie IP66 şi funcţionare la umiditate mare şi un diapazon total -60º →30 0ºC.

Fig. 4.7. Modificaţii ale releelor de presiune KP, KPS şi RT DANFOSS

Fig. 4.8. Modificaţii similare ale releelor de temperatur ă KP,KPS şi RT

raft Only




Presiunea de intrare acţionează asupra silfonului, iar acesta din urmă - asupreaunui resort (arc) şi a unor pârghii, care închid sau deschid contactele de ieşire.Aceste relee au 2 logici de funcţionare: cu acţionarea (închiderea contactelor 1-4)la creşterea presiunii şi atingerea valorii prescrise (logică pozitivă - fig. 4.9, a) şicu acţionare la descreşterea ei (logică negativă - fig. 4.9, b). Însă revenirea

contactelor are loc în primul caz la o presiune mai mică faţă de cea prescrisă, zonade histerezis haşurată sau diferenţialul fiind pozitivΔp>0, iar în al doilea caz – lao presiune mai mare, diferenţialul fiind negativΔp<0. El este necesar pentru amicşora frecvenţa de comutaţii a elementului de acţionare electrică şi se alege înraport cu diapazoanele presiunilor şi temperaturilor menţionate, de exempluΔp=0,1-0,4; 0,3-1,3; 1.3-2; 2-4 bari sau Δp=1 -3ºC; 2-10ºC; 3-20ºC. Pentruacordarea acestui diferenţial de revenire este prevăzut un disc special.

Presostatele şi termostatele RT mai au şi alte modificaţii de reglare, deexemplu o modificaţie diferenţială, care conţine 2 traductoare de presiune sau

temperatur ă şi care permite stabilizarea diferenţei prescrise dintre 2 valorimăsurate. O altă modificaţie este cea tripoziţională, care prevede în plus o zonăneutr ă, în care ambele contacte sunt deconectate. Această variantă asigur ă oreglare mult mai precisă, ceea ce micşorează substanţial diferenţialul menţionatmai sus Δp .

a) b)Fig. 4.9. Diagrame de funcţionare ale releelor de presiune şi de temperatur ă

În figura 4.10 este ar ătată o variantă de utilizare practică a releelor depresiune CS la automatizarea unui compresor de

aer, ca de exemplu compresorul echipamentuluiunui stomatolog. În acest caz este necesar cel de-aldoilea algoritm de automatizare, reprezentat înfigura 4.9, b. Dacă presiunea echipamentului estemai mare decât cea prescrisă, de exemplu mai marede 3 bar, motorul de acţionare este deconectat decătre releu. În caz de micşorare a presiunii, deexemplu sub 2,0 bar i (Δp=1bar) , releul CSconectează în mod automat motorul, punând în

funcţiune compresorul, După ce acesta restabileşte presiunea prescrisă, motorul automat sedeconectează. Fig. 4.10. Compresor automatizat de presostat

raft Only




4.1.4 Regulatoare de temperatură cu acţiune directă ale companieiDANFOSS

Releele de temperatur ă (termostatele), descrise în punctul precedent, sunt celemai simple regulatoare discrete de temperatur ă ale boilerelor apartamentelor sau

caselor individuale de locuit cu încălzire electrică a sistemului de alimentare cu apăcaldă. Sistemele centralizate de alimentare cu apă caldă a clădirilor cu multe etaje,la fel ca şi sistemele de încălzire centralizată, utilizează ca sursă de energie termicăapa fierbinte de 80-90ºC, livrată de CET sau de cazangerii raionale. În puncteletermice raionale această apă este trecută paralel prin schimbătoare de căldur ă alesistemelor de alimentare cu apă caldă, având la ieşire o temperatur ă necesar ă de55-60ºC. Pentru reglarea şi stabilizarea acestei temperaturi pot fi folosite diferiteregulatoare automate continue de temperatur ă cu acţiune directă sau regulatoareelectronice complexe cu acţiune indirectă, elaborate de compania DANFOSS.

Dintre regulatoarele cu acţiune directă fac parte regulatoarele AVT, AVTQ,AVTB şi altele.Aceste regulatoare pot avea diferite diapazoane de stabilizare a temperaturii

apei la ieşire: 20-70ºC; 40-90ºC; 60-100ºC. Ele sunt constituite din 3 elemente principale:

dintr-un senzor de temperatur ă cu acelaşi principiu ca şi senzorultermostatelor (fig. 4.8),

un element termostatic de prescriere a temperaturii dorite de stabilizare; organul de execuţie în varianta unui robinet, care reglează secţiunea

conductei agentului termic.Principiul de stabilizare a temperaturii este simplu: când consumul de apă caldăde la ieşire creşte, regulatorul deschide mai tare robinetul agentului termic dinconducta centralizată de intrare şi invers. În figura 4.11 sunt ar ătate 2 variante deutilizare a regulatoarelor AVT în conducta de retur a reţelei termice unuischimbător de căldur ă, reprezentat printr-un dreptunghi cu o diagonală, care separ ăcele 2 reţele – de alimentare cu căldur ă şi de consum, precum şi în conducta deretur a unui boiler separat.

Fig. 4.11. Variante de utilizare a regulatoarelor automate de temperatur ă AVT

raft Only






4.1.5 Schimbătoare de căldură cu plăci

Schimbătoarele de căldur ă XB (fig. 4.14), ale companiei DANFOSS suntdestinate pentru transferul de căldur ă de la o reţea la alta f ăr ă legătur ă directădintre aceste reţele. Ele sunt construite din plăci de oţel inoxidabil, ştanţate cu

profil special şi sudate cu cupru la capete, între care se obţin nişte canale decirculaţie a agentului termic lichid. Canalele sunt separate cu poliuretan, carerezistă până la o temperatur ă de 130-150ºC. Pentru un schimb de căldur ă maiefectiv, plăcile paralele şi separate ale fluxului primar alternează cu plăcile fluxuluisecundar, la capete alcătuind nişte colectoare, care este conectează la racordurileexterioare. Apa circulă prin canalele şi plăcile învecinate în contrasens (fig. 4.15,a). Racordurile de intrare şi ieşire pot fi cu filet sau cu flanşă .

Fig. 4.14. Aspectul exterior al schimbătoarelor de căldur ă XB cu plăciSchimbătoarele XB sunt alcătuite din plăci de 2 tipuri: L – cu canale mai mici şi

H – cu canale mai mari, care pot combina la selectarea şi cuplarea lor în pachetconform figurii 4.15. Numărul de perechi de plăci poate varia de la 8 până la 200,în funcţie de puterea termică necesar ă la transmiterea căldurii.

Fig. 4.15. Plăcile schimbătoarelor de căldur ă XB şi modul lor de cuplare în pachet

raft Only




4.1.6 Regulatoare ECL cu controlere programabile de temperatură

Una din particularităţile sistemelor moderne de încălzire o constituie reglareaautomată a temperaturii aerului din locuinţe în scopul asigur ării unui confort termicdorit şi minimizării consumului de energie termică. Aceste obiective pot fi atinse

doar prin utilizarea unui set de mijloace tehnice de măsurare, reglare, comandă, protecţie, contorizare, vizualizare, diagnosticare, care alcătuiesc un sistemcomplex de automatizare. Elementul principal (creierul) al acestor sisteme îlconstituie controlerul programabil de temperatură , numit şi regulatorelectronic de temperatură . Compania daneză DANFOSS a elaborat 3 tipuri principale de astfel de controlere programabile, destinate pentru automatizareasistemelor tipice de încălzire autonomă sau centralizată, alimentare cu apă caldă şicu abur:

1. ECL Confort 100M – variantă analogică simplificată f ăr ă indicator numeric

(display) (fig. 4.16) şi cu un singur canal de reglare automată;2. ECL Confort 200 – variantă digitală de bază cu indicator numeric şi cu unsingur canal de reglare automată (fig. 4.17);

3. ECL Confort 300 – variantă digitală cu display şi cu 2 canale de reglare(aspectul constructiv este identic cu cel precedent din figura 4.17).

Fig.4.16 Controler analogic de temperatur ă ECL Confort 100M

Controlerele ECL 200 şi ECL 300 au unul şi acelaşi constructiv, însă au fost

concepute să fie totuşi universale datorită programării lor pentru sistemele tipiceşi practice reale, atât pentru cele clasice, cât şi pentru cele moderne. Fiecare sistemtipic principal are echipamentul său şi schema sa, iar ca urmare algoritmul şi programul său optim de automatizare, care vor fi analizate în punctele următoare.

Ambele tipuri de controlere prevăd 4 variante tipice de program, identificate printr-o cartelă , care are un anumit număr de codificare şi 10 rânduri cu informaţinecesare, colorate pe o parte cu galben, iar pe cealaltă parte - cu sur (fig. 4.18). Întabelul 4.1 sunt incluse variantele de program (cartele), funcţiile principale şilegile de reglare ale controlerului ECL200, iar în tabelul 4.2 – variantele de program şi principiile de reglare automată ale controlerului ECL300.

raft Only






Culoarea galbenă a cartelei identifică parametrii principali ai programuluirespectiv în regim normal de funcţionare automată, iar culoarea surie – parametrii principali ai regimului de acordare (programare) şi deservire manuală. Alegerearegimului dorit – manual, automat, temperatura confortabilă aleasă în permanenţă,temperatura scăzută (de economisire) în permanenţă şi de aşteptare (staţionare în

timpul verii) se efectuează cu ajutorul tastei de regim (prima din dreapta – fig.4.17)Fiecare parametru apare pe display în rândul corespunzător, indicat în cartelă.Alegerea rândului (parametrului) dorit se efectuează cu ajutorul tastelor dederulare în sus ▲ şi în jos ▼. În particular, în regim automat (culoarea galbenă)rândurile 1-7 indică cele 7 zile să ptămânale, iar rândurile A,B,C – parametrii principali ai programului:

Display A – temperatura aerului: din încă pere, de afar ă (din atmosfer ă) şivaloarea prescrisă (programată);

Display B – temperatura apei conductei de intrare (tur) şi conductei de

reîntoarcere (retur), poziţia robinetului principal de reglare automatămotorizată a secţiunii conductei circuitului primar de încălzire, precum şistarea pompei de circulaţie din circuitul secundar separat prin schimbător;

Display C – orele de trecere de la temperatura confortabilă la cea scăzutădin timpul nopţii sau în zilele de sărbătoare, când se obţine o economisire aenergie termice consumate, şi invers.

În regim manual (cartela sur ă) rândul A indică timpul calendaristic curent,rândul B - aceeaşi informaţie principală ca şi în regim automat cu posibilitate dedeschidere / închidere manuală a robinetului principal de reglare motorizată şi de

comandă a pompei de circulaţie, iar rândul C – prevede o alegere a coeficientuluide dependenţă dintre temperatura apei din radiatoare şi temperatura mediuluiatmosferic în procesul de compensare a variaţiilor meteorologice ale vremii.

Fig. 4.18. Parametrii principali ai cartelei de identificare a programului instalat

raft Only






Fig. 4.19. Punct termic modular şi automatizat HKL cu controler programabil detemperatur ă ECL a companiei DANFOSS

Cea mai simplă schemă tipică 9a de încălzire independentă cu un singur schimbător de căldur ă şi un circuit primar-secundar al instalaţiei HKL estereprezentată în figura 4.20. Schema reală a instalaţiei montate la Facultatea deEnergetică se deosebeşte de aceasta prin aceea, că conţine o singur ă pompă decirculaţie în loc de două pompe, una dintre care este destinată pentru funcţionare,iar cealaltă – în rezervă, precum şi prin excluderea regulatorului opţional 3.9 dintre

conductele secundare tur – retur. Lipseşte şi supapa electromagnetică 4.1 şi releulde presiune 4.2 din circuitul de umplere prealabilă şi stabilizare automatizată adebitului conductei secundare, evidenţiat cu verde (ea se face manual).

raft Only




Fig. 4.20. Schema tipică 9a a punctului termic HKL de încălzire independentă

raft Only




În locul debitmetrului 4.7 din circuitul de umplere prealabilă de culoare verdeîn schema reală este instalat în conducta centralizată de retur un contor de energietermică SONOCAL cu debitmetru ultrasonor al companiei DANFOSS. Schemareală mai conţine adăugător un rezervor (bac) cilindric cu o membrană interioar ăelastică, deasupra căreea se află aer comprimat, iar sub ea - apă din conducta

primar ă. Acest bac asigur ă o protecţie a sistemului de încălzire şi a schimbătoruluide căldur ă la suprapresiuni, posibile la creşterea volumului apei odată cu ridicareatemperaturii apei, precum şi la pornirea pompelor sau la pătrunderea aerului înreţeaua centralizată.

În circuitul termic primar (de culoare roşie) sunt instalate următoareleelemente: robinetul manual de intrare de construcţie sferică 1.5, termometrul 5.4de control al apei de intrare T1, filtrul cu sită 1.4, manometrul 5.1 de control al presiunii de intrare P1, regulatorul diferenţial 1.7 de protecţie automatizată lasuprapresiuni cu 2 ţevi capilare de control a presiunii de intrare şi a presiunii după

elementul principal de reglare (sau presiunii conductei de reîntoarcere) şi robinetul principal 1.2 cu acţionare electrică reglabilă (motorizată) 1.3 de reglare a debituluiagentului termic de intrare. Acesta din urmă reprezintă elementul de execuţie alsistemului de reducere a consumului de energie termică. Pentru a controla stareafiltrului 1.4, precum şi a filtrelor din alte circuite, se utilizează 2 ţevi capilare demăsurare a căderii de presiune pe filtru. În caz de astupare par ţială a filtrului, apareo diferenţă de presiune dintre intrarea şi ieşirea lui.

Controlerul programabil ECL 2.1 măsoar ă cu ajutorul senzorului 2.2 de tipulESMT temperatura mediului exterior pentru a compensa variaţia acesteia,modificând automat temperatura de ieşire T2, măsurată prin termorezistenţa de platină 2.3 şi indicată de termometrul 5.5. Controlerul acţionează în acest proces dereglare intermitentă asupra blocului servoacţionării electrice 1.3 şi a robinetului principal 1.2, care are o cursă de 10mm. La o reglare a acestei curse prin impulsurireleele nu rezistă, de aceea comanda servomotorului se efectuează prin intermediula 2 triacuri – unul pentru deschiderea, iar altul pentru închiderea conductei dealimentare termică. Pentru a obţine o precizie bună de reglare, vitezaservomotorului este micşorată cu ajutorulunui reductor cu coeficient mare dereducţie. Ca urmare, axul de închidere – deschidere a secţiunii conductei sedeplasează la fiecare 1mm timp de 15secunde, sau 0,2 mm la fiecare impuls decomandă. În figura 4.21 este ar ătat bloculîn ansamblu al acţionării electrice AMV20cu o greutate de 1,5 kg cu servomotor de o putere de 2,1 W, care prevede, în plus oreglare manuală şi o indicare o poziţieimânerului. Fig. 4.21. Blocul de acţionare electrică

AMV20 a robinetului principalProtecţia schimbătorului de căldur ă la suprapresiuni este asigurată deregulatorul diferenţial automat AFP, cuplat la un robinet VFG pentru închiderea

raft Only




secţiunii conductei de alimentare în caz, dacă diferenţa de presiune tur-retur depăşeşte valoarea prescrisă (0,2-1,5 bar). Aceste presiuni acţionează prinintermediul a 2 ţevi capilare asupra unei diafragme elastice 7 a regulatoruluidiferenţial, reprezentat în figura 4.22. Alegerea presiunii de prescriere şi acordarearegulatorului se efectuează cu ajutorul arcului 8, întinderea căruia se modifică prin

rotirea piuliţei 9 pe axul filetat principal.În instalaţiile termice HKL ca pompe de circulaţie sunt folosite pompelereglabile în frecvenţă UPE sau UPS ale companiei germane GRUNDFOS cumontare directă pe conducte şi cu convertizor de frecvenţă fixat pe motorul deacţionare (fig. 4.23). Puterea motorului trifazat al acestor pompe constituie 0,5-1,1kW la o înălţime de ridicare, de exemplu, 50 m şi un debit de 120 l/min.Traductorul de presiune, necesar pentru reglarea şi stabilizarea presiunii necesareîn conducta de ieşire, de asemenea, este montat în monoblocul pompei. Valoareade prescriere a presiunii necesare se alege manual de către operator în funcţie de

înălţimea clădirii, utilizând pentru aceasta nişte elemente speciale de selectare de pe corpul convertizorului. Controlerul de temperatur ă asigur ă doar comandadiscretă a convertizorului de frecvenţă şi a motorului pompei conform algoritmului programului şi regimului selectat.

Fig. 4.22. Regulator diferenţial Fig. 4.23. Pompă de circulaţie UPS cu convertor automat AFP /VFG 2 de frecvenţă montat pe motor GRUNDFOS

Compania DANFOSS a elaborat şi alte variante de scheme tipice deautomatizare ale sistemelor de încălzire şi alimentare cu apă caldă. Una din cele

mai simple scheme de încălzire directă şi dependentă de reţeaua centralizată, dincauza excluderii schimbătorului de căldur ă, este prezentată în figura 4.24.Pompelede circulaţie 3.1 în acest caz sunt amplasate la ieşirea regulatorului principal 1.2.

raft Only




Fig. 4.24. Schema tipică 9c de încălzire directă f ăr ă schimbător de căldur ă

Schema tipică de alimentare cu apă caldă 10b până la temperatura T2, încălzităde schimbătorul de căldur ă 1.1 şi de reţeaua termică centralizată cu temperatura T1este ar ătată în figura 4.25. Principiul şi mijloacele de reglare a temperaturii încircuitul primar al schimbătorului sunt aceleaşi ca şi în schema de încălzire 4,20.Apa rece din reţeaua albastr ă este măsurată cu ajutorul debitmetrului 3.10. Pentrustabilizarea temperaturii apei la consumatori, ea este pompată în circuit închis de pompa 3.1, instalată în conducta retur a apei fierbinţi. Amestecarea acestei ape cuapa rece de la intrare se controlează cu ajutorul supapei inverse 3.6.

Schema combinată (4.20 şi 4.25) de încălzire şi alimentare paralelă cu apă caldăşi cu 2 schimbătoare de căldur ă 1.1-1.2 este prezentată în figura 4.26.

Fig. 4.25. Schema tipică 10b de alimentare cu apă caldă prin schimbător de căldur ă

raft Only




Fig. 4.26. Schema tipică 2a de încălzire şi de alimentare paralelă cu apă caldă

raft Only




4.1.8 Puncte termice modulare automatizate ale asociaţiilor ruseşti

Punctele termice modulare HKL ale companiei DANFOSS, din punct de vederetehnic, sunt raţionale, însă din punct de vedere economic sunt prea scumpe pentruţările Europei de EST – costă 20000-100000 Euro. De aceea mai multe asociaţii

ruseşti, ucrainene, beloruse au elaborat puncte termice similare la un preţ mai redus[66]. Un interes mai deosebit prezintă punctele modulare automatizate de încălzire,alimentare cu apă caldă, ventilare şi condiţionare a aerului ale asociaţiei ВЗЛЕТ(VZLIOT) din Sank – Peterburg (fig. 4.27).

a) b)

c) d)Fig. 4.27. Module ale sistemelor automatizate de încălzire (a-b), de alimentare cu

apă caldă şi ventilare (c-d) ale asociaţiei ruseşti ВЗЛЕТ din Sank -Peterburg

Dintre particularităţ ile deosebite ale acestor module pot fi menţionate :

- asigurarea unui grafic de livrare a energiei termice în funcţie: de valorile prescrise; de temperatura mediului înconjur ător şi dinamica de variaţie a acestea;de iner ţia termică a reţelelor clădirilor; de ora şi ziua curentă a să ptămânii;

raft Only




- posibilitatea de reducere a sarcinii sistemului de încălzire în orele de vârf alesistemului de alimentare cu apă caldă şi altor sisteme energetice comunale(electrice, gaz metan), ceea ce asigur ă o economie de 7-10 % a energiei termice deîncălzire şi micşorează riscul unor avarii posibile în aceste ore;- posibilitatea de pregătire chimică a apei şi de compensare a scurgerilor acesteia

în reţeaua termică;- posibilitatea de pregătire a apei sistemului de condiţionare a aerului şi deventilare.

În componenţa acestor module intr ă, de asemenea, şi diferite aparate tipice demăsur ă şi contorizare, precum şi sistemul de automatizare, realizat în variantaunui panou de comandă cu aparate electrice de comutaţie, protecţie şi cu controler programabil PO-1 sau PO-2, elaborat de asociaţia ВЗЛЕТ (fig. 4.28). Acestsistem prevede, evident, şi elemente de funcţionare în reţea cu interfaţăstandardizată RS 485 sau RS 232, precum dispozitive şi de dispecerizare.

Controlerul PO-2 asigur ă în plus comanda a 2 pompe de circulaţie ale sistemuluide încălzire, a 2 pompe de circulaţie ale sistemului de alimentare cu apă caldă, precum şi o configurare a 2 ieşiri analogice şi a 6 ieşiri discrete pentru necesităţileutilizatorului. Pompele de circulaţie pot avea o acţionare nereglabilă, sau cuconvertizor de frecvenţă variabilă incorporat pe motor.

Fig. 4.28Сontrolere de încălzire PO-1 şi PO-2 ale punctelor termiceВЗЛЕТ

Componenţa şi preţul de cost al punctelor termice modulareВЗЛЕТ depindeîn fiecare caz aparte de modul de racordare la reţeaua termică centralizată, de tipulsistemului de consum termic şi datele lui de proiect, de dimensiunile constructiveale încă perii şi de cerinţele speciale ale cumpăr ătorului. Toate aceste date trebuieindicate de cumpăr ător într-un tabel special la încheierea contractului.

Punctele termice modulare, asamblate şi acordate de producător, permit nunumai o reducere a consumului de energie termică, ci şi o implementare rapidă înexploatare, deoarece operaţiile de sudare sunt reduse la minimum.

raft Only




În figura 4.29 este prezentat un punct termic modular şi compact „CetethermMidi”, de putere mică, al companiei suedeze „ALFA LAVAL”, implementat înoraşul Королев (regiunea Moscova). Acest punct este prevăzut cu 2 schimbătoarede căldur ă – unul pentru sistemul de încălzire şi altul pentru apă caldă, cu aceeaşischemă tipică, prezentată în figura 4.26. Greutatea lui constituie doar 30-35kg, de

aceea se montează pe perete. Reglarea temperaturii se efectuează cu ajutorulventilelor din circuitul primar al schimbătoarelor de căldur ă. Controlerul deautomatizare este amplasat în partea din faţă a punctului termic. Ambele pompe decirculaţie sunt dotate cu convertizoare de frecvenţă, care asigur ă o stabilizareautomată a presiunii apei din conductele respective la variaţia debitului. Însistemele moderne de încălzire acesta variază datorită asamblării radiatoarelor cutermoregulatoare automate (fig. 4.1, b). Standardul german impune utilizarea CFV pentru toate pompele sistemelor de încălzire cu puteri termice mai mari de 25 kW.

Fig. 4.29. Punct termic modular şi compact „Cetetherm Midi” al companieisuedeze „ALFA LAVAL”, implementat în oraşul Королев de sub Moscova

raft Only




Puncte termice modulare cu aceeaşi schemă tehnologică, însă de putere mare,sunt produse de Asociaţia „ТИССА ” din oraşul Ульяновск ( fig. 4.30).

Fig. 4.30. Punct termic modular al Asociaţiei „Тисса” din ora şul Ульяновск

Schimbătoarele de căldur ă ale acestei asociaţii pot avea mai multe configuraţii.În figura 4.31 sunt ar ătate 2 variante de asamblare a plăcilor schimbătoarelor decăldur ă cu intr ări-ieşiri în păr ţi diferite.

Fig. 4.31. Variante de asamblare a plăcilor schimbătoarelor de căldur ă TAP

Toate componentele acestor instalaţii, inclusiv controlerele de automatizare,traductoarele de temperatur ă, debitmetrele electromagnetice, ventilele de reglare,regulatoarele de presiune şi elevatoarele sunt produse de Asociaţia „Тисса” .

raft Only




4.1.9 Sisteme de automatizare a centralelor şi punctelor termice ale firmeiRomany Gaz Group din Chişinău

Firma Romany Gaz Group din Chişinău a elaborat şi a implementat îndiferite oraşe şi centre raionale ale Republicii Moldova mai multe sisteme de

automatizare complexă DO-02 - DO-05 a centralelor autonome şi punctelor termice de încălzire şi alimentare cu apă caldă a populaţiei cu arzătoare de gaz de producţie proprie DAVA de puteri termice 40-3000 kW, acţionări electricenereglabile în frecvenţă ale pompelor şi controlere programabile logicenemodulare UCC, de asemenea, de producţie proprie. Aceste controlere asigur ă:

O automatizare a 1-2 cazane (UCC-SPARTAN) cu arzătoare DAVA şi cu osingur ă reţea de încălzire cu 1-2 pompe de circulaţie P3-P4 (fig. 4.32);

O automatizare maximă a 1-4 cazane (UCC-MAX) cu arzătoare DAVA, cu2 reţele de încălzire şi 1-2 pompe în fiecare reţea, şi cu 1-2 reţele de alimentare cu

apă caldă cu 1-4 pompe de circulaţie în fiecare (fig. 4.33); O automatizare a pompei de recirculaţie P1,P2 a fiecărui cazan în scopulexcluderii condensatului, controlând temperatura minimă de retur (T2>50ºC);

O automatizare a circuitului de adaos (подпитки ) a reţelei de încălzire cu 1 pompă, în caz de scurgeri în reţea şi de scădere a presiunii apei;

O telecomunicare şi telecomandă cu transmiterea informaţiilor principaledispeceratului central prin unde radio sau prin cablu al reţelei de telefonie fixă;

Automatizarea şi protecţia se efectuează pe baza traductoarelor analogice detemperatur ă BK şi de presiune BP în conductele tur şi retur, termostatelor discreteSK

şi presostatelor discrete SP

şi traductorului de nivel SL din rezervorul apei de

subalimentare. Pompele de reţea şi de recirculaţie sunt controlate cu presostate desiguranţă SP cu logică pozitivă, conectate la intrarea lor, care permite acţionarealor numai în caz, dacă presiunea de intrare are o anumită valoare minimă.

Arzătoarele au sistemul lor propriu de automatizare, protecţie şi de stabilizarea temperaturii apei în cazan cu traductor analogic de temperatur ă SK, presostateSPmin, SPmax, termostat SK max şi traductor de presiune subatmosferică la ieşireaconductei de fum BPh, traductoare de control a presiunii diferenţiale a gazului şiaerului de ardere, regulatoare de debit a gazului PГ şi aerului PB, precum şitraductoare de control a stării de ermetizare absolută ventilelor de automatizare. Înconducta de alimentare cu gaz mai este introduc un contor de gaz Qgaz, indicaţiilecăruia por fi transmise prin telecomandă la dispeceratul central.

Funcţia principală a controlerelor UCC constă în asigurarea automată aregimului termic prescris de operator cu un consum minim de combustibil, precumşi protecţia echipamentului principal în caz de avarii (91). Sistemul deautomatizare, realizat de aceste controlere, poate funcţiona în 2 regimuri principale1) Automat – temperatura agentului termic se reglează automat în funcţie devariaţiile temperaturii mediului ambiant şi de termoizolaţia reţelelor, reprezentate prin 15 curbe, înscrise în memoria constantă a UCC şi alese de operator;2) Prescriere constantă – temperatura agentului termic se impune de operator înfuncţie de graficul aprobat, ţinând cont de timpul curent şi zilele de lucru, sărbători

raft Only




Fig. 4.32. Schema de automatizare a centralei cu 1-2 cazane şi controler UCC S

raft Only




Fig. 4.33. Schema de automatizare a centralei cu 1-4 cazane şi controler UCC Max

raft Only




Schema de automatizare a unui punct termic cu o reţea de încălzire şi una deapă caldă, separate de reţeaua centrală prin schimbătoare de căldur ă cu plăci TS1-TS2, este reprezentată în figura 4.34. Controlerul UCL reglează temperatura prescrisă prin ventilele motorizate de reglare VS1-VS2 din conductele de retur.

Fig. 4.34. Schema de automatizare a unui punct termic cu controler UCL

raft Only




Aspectul constructiv general al sistemului digital de comandă cu controler UCC-MAX este prezentat în figura 4.35. Acest sistem cu pompe nereglabile în turaţieeste relativ simplu şi ieftin, fiind impus de posibilităţile financiare reduse ale populaţiei RM. Însă pentru o eficienţă înaltă pompele de recirculaţie şi dealimentare cu apă caldă trebuie echipate cu convertizoare de frecvenţă. Această

eficacitate se obţine însă nu pe baza economisirii energiei electrice, deoareceaceste pompe au o putere mică, ci pe baza reducerii consumului de energie termicăşi de apă. În principiu, pompele de circulaţie nu necesită o reglare continue înturaţie, însă în cazul reglării punctelor termice şi pentru o economisire maximă deenergie termică, conform standardului european, ele trebuie echipate cu CFV. O pompă GRUNDFOS MAGNA 2000 cu CFV costă doar cu 25-30 % mai mult.

Fig. 4.35. Sistemul digital de control şi comandă DO-02 cu controler UCC-MAX

Schema de automatizare a cazanelor este ar ătată în figura 4.36, a. Ea include: SP1min, SP2max- presostate de control a presiuni a apei din cazan; SK1max – termostat de control a temperaturii maxime a apei; BK1 – traductor analogic de temperatur ă a apei la ieşirea din cazan;

Λ-zond – analizator a concentraţiei oxigenului din gazele de ardere; BPh1 – traductor analogic de control a subpresiunii gazelor de ardere; Pg1, Pg2 – traductoare de presiune a gazului ; dPg. dPa – traductoare de presiune diferenţială a gazului şi aerului de ardere;

Blocul electronic de comandă este fixat alături de ventilator. Reglareadebitului acestuia este efectuată de microcontrolerul arzătorului printr-un aparat dedirecţionare a aerului de absorbţie cu servomotor PB, montat în interiorul roţii

raft Only




ventilatorului. Închiderea – deschiderea completă a gazului este asigurată deventilele electromagnetice discrete A3K1-A3K3.

Sistemul propriu de automatizare a arzătoarelor prevede 3 regimuri defuncţionare: Fix (autonom - cu putere impusă constantă), Master (cu calculinterior a puterii termice); master2 (cu calcul interior al puterii termice şi comandă

exterioar ă start-stop de la controlerul central); Slave (cu comandă exterioar ă totalăde la controlerul central prin interfaţa standardizată RS 485 în scopul reglării şistabilizării temperaturii prescrise de operator a agentului termic).

În figura 4.36, b este ar ătat aspectul general al arzătorului DAVA de 750 kW.

Котелводогрейный

Дымоход

Pg1 Pg2 Tg

Регуляторвоздуха РВ

АЗК 2 АЗК 1

АЗК 3

dPg

dPa

Регуляторгаза РГ

В атмосферу

Блок управления

SP1 min SP2 max SK1max

BPh1

- зонд

BK1 Авария от

внешнихустройств

К о м м у н и к а

ц и о н н ы й к а н а л

R S 4 8 5

Центральный контроллеркотельной установки

a)

b)Fig. 4.36. Schema funcţională de automatizare a cazanului şi aspectul constructiv

general al arzătorului DAVA de 750 kW

raft Only






4.1.10 Exemplu de acordare şi modelare a pompei reglabile de recirculaţie aunui cazan de încălzire

Pompa de recirculaţie are ca scop stabilizarea temperaturii apei de retur de laintrarea cazanului de încălzire la un nivel nu mai mic de 50ºC în scopul excluderii

condensatului din interiorul cazanului, care condiţionează o corodare intensivă alui. Temperatura apei de retur variază, de obicei, în limite largi – 35-50ºC, fiinddependentă, în primul rând, de temperatura mediului ambiant. Pentru a nu admiteo astfel de temperatur ă la intrarea cazanului, o mică parte din debitul de ieşire cutemperatur ă ridicată este adusă la intrarea lui, unde este amestecată cu apa de retur.Temperatura de ieşire a cazanului, de asemenea, poate varia în funcţie de valoarea prescrisă de operator, de aceea o stabilizare automată a temperaturii apei de retur lao valoare de 50ºC poate fi asigurată de o pompă de recirculaţie, alimentată de la unconvertizor de frecvenţă cu traductor şi regulator de temperatur ă a agentului

termic din conducta de retur.Acordarea regulatorului tehnologic (RT) al convertizorului de frecvenţă (CF)de alimentare a motorului (M) din figura 4.38 trebuie efectuată conform principiilor, descrise în capitolul 1 şi schemei structurale a obiectului de reglare(OR), elaborată conform modelului matematic al acestuia. În exemplul dat caobiect de reglare serveşte sistemul de încălzire, care include, în afar ă de elementelemenţionate, pompa de recirculaţie, care face parte din clasa generală aturbomecanismelor (TM). Regulatorul tehnologic în acest caz este un regulator detemperatur ă (RT), iar traductorul tehnologic – traductor de temperatur ă (TT).

pU

Fig. 4.38. Schema bloc a sistemului de reglare automată a proceselor tehnologicetipice cu convertizor de frecvenţă

Pentru elaborarea schemei structurale al acestui sistem, este necesar ăcunoaşterea funcţiilor de transfer (f.d.t.) ale tuturor elementelor componente.Temperatura, ca parametru tehnologic principal în acest sistem de încălzire,variază în regimuri dinamice în timp mult mai lent decât parametrii electrici aisistemului de acţionare electrică (AE). De aceea procesele tranzitorii ale sistemului

CF-M pot fi neglijate, ceea ce simplifică substanţial reprezentarea lor matematicăsau funcţiile lor de transfer. Ca urmare, acest sistem poate fi reprezentat printr-unsingur bloc, parametrul de ieşire al căruia îl constituie viteza unghiulara a

raft Only




motorului , rad / s, iar parametrul lui de intrare – tensiunea de comandă a acesteituraţii U C ,0 – 10 V.

Pompa de recirculaţie are la intrareo presiune puţin mai mică faţă de presiunea de retur, de aceea poate fi

ales un agregat TPE 40-270/2 din seria1000 al companiei GRUNDFOS,caracteristicile H(Q) şi η(Q ) ale căreeasunt prezentate în figura 4.39. Dinaceste caracteristici rezultăurmătoarele date nominale ale pompei:- Înălţimea maximă de ridicare – 27 m;-Înălţimea nominală de ridicare – 20m;- Debitul nominal - 12 m3/h ;

- Puterea nominală - 1,2 kW;- Randamentul nominal – 56,5 %;Această pompă este aleasă cu oînălţime nominală de ridicare doar de20 m, deoarece ea va determina doar presiunea diferenţială dintre intrarea şiieşirea cazanului. Motorul acestei pompe are următoarele date nominale:- Puterea nominală – 1,5 kW;- Turaţia nominală – 2890 rot/min;- Tensiunea nominală - 3x380 V;- Frecvenţa nominală – 50 Hz.

Fig. 4.39. Caracteristici principale ale agregatului TPE 40-270/2

Coeficientul de transfer al sistemului de acţionare electrică

V srad

U n

U K

C

N

C

N AE 25,30

1030289014,3

30 max.max..

Cel mai iner ţial (lent) element al CF este elementul de prescriere a intensităţii(EPI) de variaţie a semnalului U C (t), care determină timpul de accelerare t ACC sautimpul de decelerare t DEC a motorului de acţionare. De aceea constanta de timp aacestui element T EPI constituie constanta principală a CF şi a sistemului deacţionare electrică reglabilă T AE , care în acest caz poate fi aleasă:

sT T T OPT EPI EPI AE 51. Ca urmare, acest sistem poate fi reprezentat printr-un element aperiodic simplu:

s sT

K sU

s s H AE

AE

C AE 21

25,301

.

Relaţiile matematice, care leagă partea de AE şi partea hidraulică (sau pneumatică) a turbomecanismului, sunt relaţiile simple de propor ţionalitate dintreviteza motorului şi debitul Q, presiunea p şi înălţimea lichidului H, valabile în

raft Only




cazul neglijării pierderilor interioare de presiune din pompă şi exterioare dinreţeaua hidraulică:

2

1

2

1

QQ ;

2

2

1

2

1

p p ;

2

2

1

2

1

H H ;

2

2

1

2

1

2

1

QQ

H H

p p ;

unde debitul Q în sistemul SI se măsoar ă în sm3 , presiunea p – în Pam N 2 ,înălţimea lichidului

g p H

, m; 3/10002

mkg O H - densitatea apei (pentru

pompe); 3/2.1 mkg A - densitatea aerului (pentru ventilatoare); 2/8.9 sm g .Aşa dar, din aceste relaţii rezultă, că debitul turbomecanismelor este direct

propor ţional cu viteza agregatului, ceea ce permite o reglare liniar ă simplă:

k Q

unde: 3000011.05.3023600

12 mQQQk N

N

-coeficientul de propor ţionalitate

dintre debit şi viteză, sau coeficientul de transfer al pompei de circulaţie, m3

.Însă într-un sistem de încălzire debitul de volum al acestei pompe reprezintătotodată şi debitul (cantitatea) de căldur ă, determinată de temperatura ridicată aapei fierbinţi sau a altui agent termic. Parametrul principal de ieşire al acestuisistem îl constituie temperatura apei la intrare şi la ieşire. Cantitatea medie decăldur ă, absorbită de apa fierbinte, depinde de debitul nominal al pompei Q N, detemperatura medie Tmed şi de capacitatea termică specifică a ei O H C

2:

skJ C T QQ O H med N med T 6,831102,4600033,0 32

unde Q N=0,0033 m3/s;2

3 34.2 / 4.2 10 / H OC kJ kg C kJ m C – capacitatea termică

specifică a apei; Tmed= 60ºC– temperatura medie a ape fierbinţi a sistemului.Trecerea de la sistemul hidraulic la cel de încălzire termică poate fi f ăcută

prin coeficientul T K :

32520000033,0

6,831mkJ

QQ K

N

Tmed T ;

Pentru deducerea funcţiei de transfer a sistemului de încălzire, poate fifolosită ecuaţia fundamentală a regimului dinamic al acestui sistem, carereprezintă echilibrul dinamic al cantităţii de căldur ă, furnizate de reţeaua termicăcentralizată, (pompa de circulaţie) Q

T(ω,T) şi cantităţii de căldur ă, consumate de

radiatoarele clădirii încălzite QC(T), măsurate în kJ/s (TT este montat în retur):

dt dT C T QT Q RT C T ,

unde RT dQC dT – capacitatea termică sumar ă a reţelei de temperatur ă, /kJ kg C .

Dacă capacitatea sistemului de încălzire nu este cunoscută, ea poate fiapreciată după datele nominale:

C kJ t

T Q

t T QC

med

med T RT

831660060

6,831 ,

Unde st 600 - intervalul de creştere a temperaturii până la regimul nominal.

raft Only




Ecuaţia fundamentală de variaţie a temperaturii reţelei de încălzire, la fel ca şicaracteristica pompei Q(ω,p) , sunt neliniare, de aceea funcţiile de transfer ale lor pot fi determinate printr-o abatere mică Q de la regimul staţionar nominal QT N, încare debitul turbomecanismului depinde de viteză şi de presiune :

T k k QT T

QQQQQT Q T T N T T

N T N T T

, .

unde kJ QQQk

N

med T T T T 276,0

5,3026,831

- coeficientul de variaţie a

debitului la o viteză ω = var şi la o temperatur ă T=const;

C skJ

T T Q

T Q

T Qk med T T T

T 58,41

40606,8310

minmax - coeficientul de variaţie a

debitului la o temperatur ă T = var şi la o viteză ώ = const.Dacă introducem QT(ω,T) în ecuaţia fundamentală iniţială şi reprezentăm

abaterile variabilelor nu în funcţie de timp, ci în funcţie de variabila transformateiLaplace s=d/dt, şi dacă ţinem cont, că pQQ N C N T , atunci obţinem oreprezentare a acestei ecuaţii în abateri şi în formă operaţională :

sT sC sT k sk RT T T .Ultima ecuaţie permite determinarea funcţiei de transfer a reţelei de temperatur ă înraport cu semnalul de intrare (de viteză a pompei), care reprezintă un elementaperiodic de gradul I:

s sT

k sT

k k

sC k k

s sT s H

RT

RT

RT

T T

RT T

T

2010066,0

11

,

Unde s

k C T

T

RT RT 20

58,418316 - constanta de timp a reţelei de temperatur ă;

0066,058,41276,0

T

T RT k

k k sºC – coeficientul de transfer al reţelei.

În final trebuie de ales un traductor de temperatur ă şi de determinat funcţia luide transfer. Pentru sistemele de încălzire este raţional de ales un traductor cutermorezistenţe din platină PT 1000, prevăzut pentru temperaturi -50...+120ºC,care se instalează la ieşirea sistemului de încălzire (în conducta de retur). El seconectează la un adaptor de semnal standardizat 4-20 mA (0-10V), precum şi la undispozitiv de calibrare a diapazonului necesar de temperatur ă. Dacă se alege cavaloare maximă a temperaturii traductorului TTTmax=100ºC, atunci coeficientulmaxim de transfer al lui în tensiune

C

V sT sU

k TT

N TT TT

1,010010

maxmax ;

Unde UTT.max=10 V.Ţinând cont, că valorile standardizate nominale ale semnalelor de prescriere ale

regulatoarelor tehnologice sunt egale, de obicei, cu 10V, semnalul de ieşire aletraductorului de temperatur ă trebuie calibrat la această valoare pentru o

raft Only




temperatur ă nominală la ieşirea sistemului de încălzire T N=50ºC. Pentru aceasta,coeficientul de amplificare al dispozitivului de calibrare trebuie să fie egal:

2501,0

1010max N TT

CT T k k .

Ca urmare, coeficientul sumar al traductorului de temperatur ă

2,021,0max CT TT TT k k k V/ºC.Traductoarele termorezistive de temperatur ă sunt îmbr ăcate într-o teacă

metalică de protecţie, de aceea măsurarea temperaturii se efectuează cu o întârzierede 10-30 s. Ca urmare, constanta de timp a acestor traductoare constituie 3-10s, iarfuncţia lor de transfer

s sT

k s H TT

TT TT 31

2,01

Aşa dar, obiectul de reglare (OR) al regulatorului de temperatur ă (RT) conţine2 constante aperiodice de timp mici - cea a acţionării electrice TAE şi atraductorului de temperatur ă TTT, care pot fi însumate şi care nu se compensează, precum şi o constantă mare - cea a reţelei de temperatur ă TRT, care trebuiecompensată cu ajutorul regulatorului. Coeficientul de transfer al acestui obiect dereglare este egal cu produsul coeficienţilor tuturor elementelor componente:

11,02,00066,0252000000011,025,30 TT RT T AE OR k k k k k k

Conform criteriului modulului de acordare optimă a regulatoarelor, descris încapitolul1, procesele dinamice sunt garantate optime, dacă se alege un regulator propor ţional-integral de temperatur ă, la care funcţia de transfer, constantaizodromă şi de integrare trebuie să fie egale :

sT

sT s H

I RT

IZ RT RT

1 ; TRT IZ = TOR ; TRT I= 2 k OR (TAE+TTT)

Înlocuind valorile parametrilor obiectului de reglare, obţinem:TRT IZ= 20 s; TRT I= 2 0,11 (2+3) =1,1 s

Coeficientul păr ţii propor ţionale ale PI- regulatorului de temperatur ăK P = TRT IZ/TRT I = 20/0,11 = 182

În caz dacă constanta de timp a traductorului de temperatur ă este mai mare, estenecesar de ales un regulator PID de temperatură , care poate să compensezeambele constante mari – ale traductorului şu reţelei de temperatur ă.

Schema structurală de modelare a sistemului de încălzire în programulMATLAB SIMULINK, cu parametrii regulatorului PI de temperatur ă, calculaţimai sus, este ar ătată în figura 4.40, iar în figura 4.41, a este reprezentat procesultranzitoriu al acestui sistem la conectarea încălzirii. Acest proces decurge 40-45s până la temperatura prescrisă (nominală) de 50ºC, însă deoarece la acordare a fostaplicat criteriul modulului, el este însoţit de o suprareglare mică de 4,3%. Ea poate fi exclusă, micşorând coeficientul păr ţii propor ţionale a regulatorului detemperatur ă, după cum este ar ătat în figura 4.41, b. Însă timpul de reglare în acestcaz creşte până la 75-80 s.

raft Only




Fig. 4.40. Schema structurală de modelare a sistemului de încălzire în MATLAB

Fig. 4.41. Procese tranzitorii de conectare a sistemului reglabil de încălzire

raft Only



4.2 Echipamente tehnologice ş i de automatizare ale instala ţiilor frigorifice

4.2.1 Tehnica ob ţinerii temperaturilor sc ăzuteProducerea şi utilizarea frigului artificial a devenit o necesitate zilnică a

civilizaţiei moderne, mai ales în alimentaţie, în industria alimentar ă, încomercializarea produselor alimentare şi în sistemele de condiţionare a aerului.Această producere şi utilizare se efectuează cu ajutorul instala ţiilor frigorifice(IF ), care reprezintă un ansamblu de maşini, aparate şi echipamente deautomatizare, legate într-un proces tehnologic închis. În ultimele decenii au fostelaborate o varietate mare de IF, care pot fi clasificate după mai multe criterii.

După tipul agenţilor frigorifici - cu freoni ( simbolizaţi Rxx), amoniac (R-717);după felul r ăcirii – natural ă, mecanizat ă (cu ajutorul unei maşini frigorifice (MF)de comprimare şi vaporizare a agentului frigorific), direct ă şi indirect ă (cu agentintermediar – aer, apă, saramur ă);

Schema tehnologică simplificată a unei maşini frigorifice directe conţine 4elemente principale, legate în inel prin conducte, în care circulă agentul frigorific:compresorul , condensatorul , vaporizatorul (испаритель ) şi robinetul ( ventilul)de laminare (расширительный дроссель или вентиль ) (fig. 4.42 ).

Fig. 4.42. Schema tehnologică simplificată a unei maşini frigorifice directe



4.2 E CHIPAMENTE Ş I INSTALA Ţ II FRIGORIFICE 341

Ultimele 2 elemente se află în camera de r ăcire (холодильная камера ), încare este menţinută o temperatur ă scăzută, iar compresorul şi condensatorul – înexteriorul ei. Compresorul, antrenat de un motor electric, absoarbe vaporiiagentului frigorific din vaporizator, îi comprimă mărindu-le substanţial presiuneaşi tenperatura şi-i refulează în condensator. În practică se utilizează compresoare

cu piston sau elicoidale .Condensatorul reprezintă unschimbător de căldur ă cu r ăcire naturalăsau for ţată (cu ventilator sau cu apă),confecţionat din ţevi subţiri din cuprusau oţel în formă de zig-zag. Având osuprafaţă relativ mare şi o temperatur ămult mai mică, condensatorulmicşorează temperatura vaporilor de

freon, refulaţi de compresor,transformându-i în lichid. R ăcireanaturală a condensatorului se utilizeazănumai în frigiderile casnice (fig. 4.43 ).Filtrarea freonului lichid de impurităţimecanice sau ruginituri se efectueazăcu ajutorul filtrului 3, instalat la ieşireacondensatorului 4.

Ventilul de laminare din figura 4.42îndeplineţte 2 funcţii: de reglare adebitului optim de freon şi de pulverizare a lui în vaporizator. Dacădebitul este prea mic, devine imposibilăr ăcirea impusă de termostat, iar dacădebitul este prea mare, atunci sunt pozibile şocuri de presiune sau oevaporizare incompletă a agentuluifrigorific. În agregatele frigiderelor casnice ventilul de laminare esteînlocuit cu un capilar subţire 7 deîngustare a secţiunii, necesare pentruun debit optim (fig. 4.43 ).

Fig. 4.43. Schema agregatului frigiderului casnicCând freonul lichid este pulverizat în vaporizatorul 5, are loc o creştere rapidă a

volumului şi o micşorare bruscă a presiunii lui, ceea ce condiţionează o fierbere alui, deoarece la o astfel de presiune temperatrura de fierbere este mai mică decâttemperatura lichidului. Fierberea şi evaporizarea agentului este însoţită de omicşorare a temperaturii lui. Această micşorare a temperaturii şi a vaporizatorului

cauzează, la rândul său, o absorbţie a căldurii din camera de r ăcire, adică oob ţinere a fenomenului frigorific . Căldura absorbitâ de vaporizator este apoitransmisă prin vapori şi compresor condensatorului, care o degajă în exterior.






4.2.2 Compresoare şi agregate frigorifice de putere mic ă

Una din companiile mondiale renumite de producere a compresoarelor şiagregatelor frigorifice este „COPELAND ”- o companie europeană (franceză) acorporaţiei americane EMERSON CLIMATE TECHNOLOGIES . Această

companie a produs mulţi ani la rând şi continuie să mai producă compresoaresemiermetice cu piston, care sunt considerate clasice, deoarece au un randamentînalt şi presiuni mai ridicate. Ele sunt divizate în 2 variante principale: FLAPPERşi DISCUS (ultima variantă se deosebeşte numai prin anularea supapelor deabsorbţie şi refulare). Motorul electric este integrat cu compresorul pentru aexclude scurgerile posibile de agent frigorific. Freonii clasici (R22) polueazăstratul de ozon, de aceea în ultimul timp ei se înlocuesc cu alţi agenţi.

Compresoarele cu piston D2S-D8S sau D2D-D8D (DISCUS) au de la 2 până la8 cilindri radiali, care asigur ă o productivitate 9–210 m3/h şi o putere frigorifică 1–

190 kW, având la intrare o presiune 22 bari, iar la ieşire – 28 bari. Putereafrigorifică depinde de temperatura de evaporizare, care poate varia de la -45º C şi până la + 5º C la o temperatur ă a mediului până la + 50ºC. Toate modificaţiileasigur ă o protecţie electronică a motorului şi prevăd o pompă adăugătoare de ilei.În figura 4.45 sunt prezentate aceste variante de compresoare cu 2 şi 6 cilindri.

.

Fig. 4.45. Compresoare cu piston cu 2 şi 6 cilindri ale companiei COPELAND




În figura 4.46 sunt ar ătate 2 agregate frigorifice, echipate cu compresor,condensator, r ăcit de 1 sau 2 ventilatoare, resiver pentru freon lichid cu vana sa, osupapă de protecţie, un presostat dublu de control a presiunii înalte şi joase aagregatului, un presostat de control a uleiului şi o cutie cu borne electrice.

Fig.4.46Agregate frigorifice cu compresoarecu piston ale companiei COPELAND

Compresoarele elicoidale şi cu spirale sunt mai performante datorităcomprimării axiale şi continue, faţă de comprimarea radială şi periodică acompresoarelor cu piston, excluderii valului cotit şi supapelor, care ies repede dinfuncţiune, precum şi datorită posibilităţii de reglare a puterii frigorifice la o viteză

constantă. Având în plus o construcţie mai compactă, zgomot scăzut şi vibraţii maimici, aceste compresoare au substituit practic pe cele cu piston din sistemelefrigorifice reversibile, de condiţionare a aerului şi din pompele de c ăldur ă.

În figura 4.47 este prezentat un compresor elicoidal în secţiune al companieigermane BITZER, care a lucrat mult la modernizarea lui.

Fig. 4.47. Construcţia secţionată a unui compresor elicoidal al companiei BITZER




Compresorul elicoidal este constituit din 2 rotoare de tip şnec cu canale înformă de spirală, prin care circulă agentul frigorific, şi cu ieşituri (dinţi) de aceeaşiformă. Rotoarele se află la o distanţă mică unul faţă de altul, ceea ce permiteintrarea dinţilor unui rotor în canalele celuilalt, care se roteşte în direcţie opusă.Rotorul compresorului, legat pe aceeaşi axă cu rotorul motorului electric, este

conduc ător , iar cel de-al doilea rotor este condus de primul.Ieşiturile rotorului conducător joacă rolul de pistoane, iar canalele rotoruluicondus – de cilindru (camer ă) de comprimare a freonului. Volumul acestei camere(canale) se micşorea pe măsura apropierii către partea de refulare. Freonul esteabsorbit datorită diferenţei de presiune din partea motorului electric, pe care-l r ăceşteintensiv, ceea ce permite o creştere a puteriilui în gabarite impuse. Însă procesul decomprimare a freonului este însoţi t de o

creştere a temperaturii lui, precum şi aelementelor constructive – rotoarelor şicarcasei. Pentru o r ăcire a acestora, freonuleste amestecat cu ulei artificial , care esteîmproşcat cu o presiune mai mare. Uleiul maiîndeplineşte, în afar ă de r ăcire, încă o funcţie – de că ptuşire a spaţiului îngust dintre rotoareşi carcasă, ceea ce asigur ă o separare a păr ţilor de refulare şi de absorbţie.

În figura 4.48 este ar ătată o secţiune acompresoarelor ZR, ZF, ZS ale companieiCOPELAND cu 2 spirale (Scroll) în loculrotoarelor, cu puteri 2-65 kW, temperaturi devaporizare -45, -35, -30, -30, -10, +5ºC şi decondensare +10-40ºC, presiuni de absorbţie20-22 bari şi de refulare 29-42 bari.

Fig. 4.48. Compresor cu 2 spirale în loculrotoarelor al companiei COPELAND

În figura 4.49, a este ar ătat un agregat cu astfel de compresoare, productivitatereglabilă şi o componenţă identică cea a compresoarelor cu piston din figura 4.46 .Pentru reglarea puterii frigorifice în diapazonul 10-100% în schema hidraulică aagregatului a fost introdus adăugător, la ieşirea din condensator, un schimbător decăldur ă intermediar, numit şi economaizer, şi câteva ventile (fig. 4.49, b). Vaporiide freon din secundarul acestui schimbător intermediar sunt injectaţi direct îninteriorul compresorului elicoidal, f ăr ă a trece prin vaporizator, condiţionând omicşorare a temperaturii agentului de la ieşirea compresorului.




Fig. 4.49. Agregat frigorific elicoidal cu productivitate reglabilă (a) şi schema

tehnologică a lui (b)O altă concepţie de reglare lină a productivităţii compresoarelor companieiCOPELAND (EMERSON) este numită DIGITAL SCRO LL (fig. 4.50, a ). Ea se bazează nu pe reglarea lină a vitezei motorului de acţionare, ci pe depărtarea axialăa rotorului elicoidal condus la o viteză constantă a rotorului conducător. Pentru oastfel de deplasare ALCO COPNTROLS - o altă companie europeană a corporaţieiEMERSON, a elaborat controlere digitale speciale - EC2.

Pentru o reglare discretă compania COPELAND propune, de asemenea,compresoare duble cu spirale, conectate paralel – ZRT (identice – fig. 4.59, b sau

de productivitate diferită). Ele se utilizează îndeosebi pentru utilajele frigorifice de putere mică ale magazinelor.

a)Fig. 4.50. Compresoare reglabile cu spirale DIGITAL SCROLL (a) şi duble ZRT

ale companiei COPELAND




4.2.3 Vaporizatoare şi condensatoare

Productivitatea instalaţiilor frigorifice depinde, în mare măsur ă, de temperaturade condensare, determinată, la rândul său, de eficacitatea de r ăcire a agentuluifrigorific în condensator, precum şi de temperatura de vaporizare a agentului în

vaporizator. Cu cât aceste temperaturi sunt mai mici, cu atât puterea frigorifică ainstalaţiei creşte. Ele depind de mai mulţi factori: de diametrul ţevilor agentuluifrigorific şi de suprafaţa de contact, de viteza şi debitul acestui agent şi a mediuluide lucru. Ca urmare, alegerea optimă a condensatoarelor şi vaporizatoarelor constituie o problemă importantă în procesul de proiectare a instalaţiilor frigorifice.

Tipurile şi variantele constructive ale condensatoarelor şi vaporizatoarelor sunt practic aceleaşi, deoarece ele reprezintă nişte schimbătoare de căldur ă. Sensulde transmitere a căldurii în ele este însă diferit – în vaporizatoare căldura seabsoarbe, iar în condensatoare – se degajă. În practică şi-au găsit aplicare 3 tipuri

de astfel de schimbătoare: „ţeav ă în ţeav ă”, multitubulare şi cu pl ăci. Ca mediude lucru al vaporizatoarelor şi de r ăcire al condensatoarelor serveşte aerul sau apaCele mai simple sunt condensatoarele „ţeavă în ţeavă” – prin ţeava interioar ă

circulă apa, iar prin ţeava exterioar ă – agentul frigorific (În sens invers). Însărandamentul acestor condensatoare este relativ scăzut. Un randament mai înalt îl aucondensatoarele şi vaporizatoarele multitubulare. În figura 4.51 sunt ar ătate 2vaporizatoare tubulare TBE (кожухотрубные ) ale companiei italiene ONDA cu 1şi 2 circuite. Ele reprezintă un cilindru de oţel cu un diametru 110-240 mm şi olungime 1,0-2,7 m, umplută cu un şir de ţevi paralele de cupru de 20-25 mm îndiametru. Prin aceste ţevi circulă freonul, sau alt agent frigorific, care r ăceşte apa,sau un alt mediu de lucru, Apa circulă printre ţevi, fiind separată de camerele dedistribuţie ale freonului prin 2 că păcele de la capetele cilindrului.

Fig. 4.51. Vaporizatoare multitubulare TBE ale companiei italiene ONDA




Cel mai înalt randament îl au vaporizatoarele şi condensatoarele cu pl ăci – 90-94 %. În figura 4.52 sunt ar ătate mai multe schimbătoare de căldur ă cu plăciale companiei suedeze ALFA LAVAL . Ele se deosebesc de cele ale companieiDANFOSS, prezentate în figurile 4.14-4.15 , prin faptul, că plăcile nu se sudează,ci se strâng în pachet cu ajutorul buloanelor, fiind separate una de alta cu ajutorul

unor garnituri subţiri (прокладок) din gumă, rezistentă la temperaturi înalte.

Fig. 4.52. Schimbătoare de căldur ă cu plăci ale companiei ALFA LAVALVaporizatoarele de r ăcire a aerului sunt alcătuite dintr-un rând de ţevi de

cupru cu un diametru 8-12 mm, pe care sunt sudate perpendicular un şir de tolesubţiri de aluminiu pentru a mărim suprafaţa de contact cu aerul. Prin aceste ţevicirculă agentul frigorific, iar printre tole – aerul.

Condensatoarele instalaţiilor de 100-1200 kW au o r ăcire intensivă cu aer sau cu apă. În primul cazcondensatoarele pot avea un număr marede ventilatoare axiale – de la 4 şi până la12 (fig. 4.53 ). Ele trebuie să asigure oviteza de circulaţie a aerului princondensator în limitele 2-5 m/s.Eficacitatea condensatorului, însă maidepinde şi de suprafaţa sumar ă a ţevilor de cupru cu agent frigorific şi a tolelor subţiri de aluminiu, sudate pe ele.

Fig. 4.53.Condensator de r ăcire cu aer




4.2.4 Cillere şi ma şini frigorifice de putere mare

Ma şina frigorific ă (MF) reprezintă o instalaţie termoelectrică, care include insine toate componentele necesare pentru producerea frigului artificial. Există maimulte tipuri de maşini frigorifice - de compresare, de absorb ţie şi de condensare

a aburului. Cel mai r ăspândit este primul tip de maşini, principiul şicomponentele cărora au fost descrise mai sus.Partea principal ă a ma şinilor frigorifice de compresare , destinate pentru

r ăcirea apei, sau a unui alt lichid (tosol, etilenglicol), este numită ciller (chiller).Acesta din urmă şi-a găsit o largă r ăspândire în diferite ramuri industriale şiîndeosebi în sistemele de condiţionare a aerului. Un ciller include 2 circuitehidraulice – unul interior de freon şi altul exterior de apă cu aceleaşi componentefrigorifice, descrise mai sus - un compresor elicoidal sau cu spirale, un vaporizatormultitubular sau cu plăci, un condensator r ăcit cu aer sau apă, un ventil de laminare

sau de acordare. Apa din circuitul exterior, r ăcită de vaporizatorul cillerului, esteutilizată, la rândul ei, pentru r ăcirea unor încă peri (în sistemele de condiţionare aaerului) sau a unor lichide tehnologice (laptelui, vinului, sucurilor, berei etc.). Deaceea o maşină frigorifică include, în afar ă de ciller, un agregat hidraulic de pompare a apei cu 1-2 pompe, un rezervor tampon, un filtru, un rezervor cumembrană elastică de dilatare şi un sistem de ventilare sau un fancoil de r ăcire aaerului ( воздухоохладитель ). Ultimul reprezintă blocul interior de r ăciresaucondiţionare a încă perilor.

Cillerele pot avea o construcţie pentru instalare în încă pere, sau în aer liber (peacoperiş), cu condensator integrat sau separat, r ăcit cu apă au aer. Ele pot funcţionaşi în regim de încălzire (ca pompe de c ăldur ă, la inversarea agentul frigorific).

În figura 4.54 este prezentat un ciller al asociaţiei НПО „ХОЛОДМАШ ” dinMoscova. El este prevăzut pentru puteri 25-500 kW, o instalare interioar ă, r ăcirecu apă a condensatorului, 2 compresoare cu piston, un vaporizator multitubular orizontal, un resiver vertical de freon lichid, 2 panouri de comandă.

Fig. 4.54.Cillerul НПО ХОЛОДМАШ de instalare interioar ă şi r ăcire cu apă




Un ciller similar al aceeaşi asociaţii este ar ătat în figura 4.55 , însăcondensatorul lui vertical este r ăcit în acest caz cu ajutorul a 6 ventilatoare axiale.

Fig. 4.55. Cillerul НПО ХОЛОДМАШ de instalare interioar ă şi r ăcire cu aer

Compania TRANE produce o gamă largă de cillere pentru instalare interioar ă şiexterioar ă. Instalaţiile de puteri frigorifice 200-1500 kW sunt înzestrate cucompresoare elicoidale, iar cele de puteri mai mari (până la 6000 kW) – cucompresoare centrifugale. În figura 4.56 este ar ătată constricţia cillerelor RTWBde o putere frigorifică 200-700 kW cu compresoare elicoidale, vaporizatoaremultitubulare şi condensatoare separate. Ele prevăd 2 circuite separate de r ăcire, deaceea au un aparataj dublu şi o greutate relativ mare - 2500-4000 kg. Consumul deenergie electrică al lor constituie 40-200 kW. Puterea ventilatoarelor de r ăcire acondensatorului clasic cu ţevi din cupru, sudate cu tole subţiri din aluminiu,constituie 4-12 kW, iar viteza lor de rotaţie – 690 rot/min.

Fig. 4.56. Ciller RTWB de 200-700 kW cucondensator separat al companiei TRANE




Cillerele de instalare exterioar ă sau pe acoperiş ale companiei TRANE de puterifrigorifice 16-1500 kW sunt că ptuşite cu panouri laterale zincate de protecţie, care pot fi uşor înlăturate în caz de necesitate, iar condensatorul de r ăcire cuventilatoare axiale este integrat în aceeaşi carcasă (fig.4.57 ). Aceste maşini conţinmai multe compresoare elicoidale sau cu spirale – 2, 4, sau 6, adică 1, 2 sau 3

pentru fiecare circuit de r ăcire a apei în parte.

Fig.4.57 Maşini frigorifice CGAN şi RTAD de puteri mari ale companiei TRANEToate aceste maşini sunt destinate nu numai pentru r ăcirea apei, ci şi a aerului

din diferite camere frigorifice cu un volum de 15-2400 m3. R ăcirea acestora seefectuează cu ajutorul unuia sau a mai multor refrigeratoare de aer , numite şifancoile s au воздухоохладители , care conţin un schimbător de căldur ă din ţevide cupru cu tole perpendiculare de aluminiu, 2-3 ventilatoare centrifugale cucâteva trepte de viteză, o carcasă şi un panou de telecomandă. Prin schimbătorul decăldur ă al lor circulă agentul frigorific al cillerelor, ceea ce si asigur ă r ăcireaîncă perilor respective. Refrigeratoarele de aer pot avea mai multe variante deinstalare – pe perete, pe plafon sau pe podea (fig. 4.58 ).

Fig.4.58 Variante de refrigeratoare de aer ale companiilor PROFROID şi RHOSS




4.2.5 Controlere specializate de automatizare ale instala ţiilor frigorifice

Maşinile şi agregatele frigorifice au acelaşi parametru tehnologic de bază ca şiinstalaţiile termice de încălzire – temperatura, însă logica lor de automatizare,regimurile de funcţionare, dispozitivele principale şi auxiliare sunt diferite. De

aceea pentru ele au fost elaborate dispozitive şi controlere specializate deautomatizare. Majoritatea dintre ele sunt prevăzute cu indicatoare digitaleincorporate a temperaturii stabilizate în camerele sau vitrinele frigorifice.

În figurile 4.59-4.60 sunt prezentate termostate digitale programabile TPM974 şi ir33 (pj32 - modificaţie mai nouă) ale companiilor OWEN şi CAREL,destinate pentru agregate frigorifice individuale. Ele au 2 variante constructive – pentru instalare pe panou şi pe regleta standardizată DIN 35mm, care sunt prevăzute cu 1-2 intr ări analogice de la traductoare de temperatur ă cu coeficient pozitiv de temperatur ă (Positive Temperature Coefficient – PTC) şi cu câteva

ieşiri discrete de tip releu pentru reglarea automată discretă (bipoziţională) acompresorului şi încălzitorului electric de dezgheţare a camerei de lucru, precum şi pentru comanda discretă a ventilatorului de r ăcire a condensatorului.

Fig. 4.59. Termostate digitale programabile TPM 974 ale companiei ruse OWEN

Fig. 4.60. Termostate digitale programabile ir33 ale companiei italiene CAREL




Schema bloc şi diagrama de funcţionare a primelor termostate în diferiteregimuri sunt ar ătate în figura 4.61 . Ele pot funcţiona în 3 regimuri principale:

TERMOSTAT ( de stabilizare a temperaturii prescrie – Set Point (SP)); R ĂCIRE INTENSIV Ă (набор холода ); DEZGHE ŢARE (Оттайка ).Compresorul se conectează în cazul, când temperatura în camera frigorifică

depăşeşte valoare SP+dif (diferenţial=1-50ºC), deconectându-se când temperaturascade sub valoarea de control. Ventilatorul de r ăcire funcţionează, de obicei,sincron cu compresorul. Intervalul de timp între 2 dezgheţări poate fi impusmanual sau automat - la atingerea temperaturii dorite sau în funcţie de timp (1-99h)

Fig.4.61 Schema bloc şi diagrama de funcţionare a termostatelor digitale TPM 974

Pentru automatizarea unui grup de 4 agregate frigorifice ale vitrinelor magazinelor mici de produse alimentare, compania italiană ELIWELL propune 2modificaţii de controlere EWCM 400 (fig. 4.62 ), iar compania CAREL–3modificaţii : MASTER CASE cu 2 indicatoare – mare şi mic), POWER SPLIT(POWER COMPACT) şi MASTER CELLA (fig. 4.63).

Fig.4.62 Controler EWCM 400 pentru 4 agregate frigorifice alcompaniei italiene ELIWEL şischema lui de conexiuni




Intr ările discrete ale controlerelor EWCM 400 sunt destinate pentru controlul presiunilor minime şi maxime ale circuitelor frigorifice şi blocarea funcţionăriicompresoarelor. În caz de necesitate este prevăzută o rotaţie a acestora din urmă înfuncţie de numărul de ore lucrate sau din alte considerente. Pentru dezgheţareavitrinelor este elaborat un controler separat - EWDR 976.

Controlere specializate MASTER CASE ale companiei CAREL asigur ăcomanda nu numai a 4-5 compresoare, ci şi a încălzitoarelor de dezgheţare avitrinelor, a ventilelor de laminare sau reglare PWM, precum şi comandasistemelor de aerisire şi de iluminare a acestor vitrine. Aceste controlere mai prevăd în plus un regim sincronizat de automatizare, când un agregat esteidentificat ca principal (Master), care coordonează mai multe agregate (vitrine)subordonate (Slave), precum şi regimuri de economisire a energie electrice întimpul nopţii. Pentru aceasta sunt prevăzute posibilităţi de funcţionare în reţea cuun calculator al dispeceratului central. Ultimele modificaţii sunt prevăzute cu o

telecomandă de la distanţă cu dispozitive adăugătoare SINCHRO de transmisie – recepţie a undelor radio.

a)

b)Fig. 4.63. Controlere specializate MASTER CASE,POWER COMPACT (b) şi MASTER CELLA (c)ale companiei italiene CAREL pentru automatizareacomplexă a vitrinelor şi camerelor frigorifice c)






Compania DANFOSS a elaborat controlere electronice de temperatur ă nu numai pentru sisteme de încălzire (vezi paragraful precedent), ci şi pentru instalaţiifrigorifice simple sau complexe (fig. 4..66) . Unele din aceste controlere sunt prevăzute pentru reglarea productivităţii instalaţiilor frigorifice cu 4 sau 8 agregatede compresoare – condensatoare, În figura 4.67 este ar ătat controlerul EKC 331,

destinat pentru conectarea paralelă până la 4 compresoare şi 4 ventilatoare alecondensatorului de r ăcire a agentului frigorific în scopul stabilizării temperaturii prescrise în camera de r ăcire (modificaţia EKC 531 este pentru 8 compresoare).

Fig. 4 66 Nomenclatura controlerelor programabile logice din generaţia m2 alecompaniei DANFOSS pentru instalaţii frigorifice

Fig. 4.67. Controlerul EKC 331 de reglare a productivităţii a 4 compresoare





4.3 Sisteme moderne de condi ţionare a aerului ş i de ventilare

4.3.1 Noţiuni generale despre climatizoarele casniceSistemele de condiţionare a aerului (SCA), destinate pentru asigurarea unui

microclimat confortabil al aerului din încă peri în ceea ce priveşte temperatura,

umiditatea, puritatea şi viteza lui de circulaţie, au devenit în prezent nu numaiactuale sau de prestigiu, ci în unele cazuri chiar obligatorii. De exemplu, oriceoficiu, clădire administrativă sau comercială, bancă, hotel, bar, restaurant sauautomobil confortabil prevede un sistem de condiţionare a aerului, altfel nu este de prestigiu sau nu este, pur şi simplu, cumpărat. Spitalele impun SCA cerinţe multmai riguroase. În ultimul timp o utilizare în masă capătă, de asemenea, SCAcasnice. Lideri în această direcţie sunt SUA şi Japonia. Numai în SUA sunt înexploatare peste 130 milioane de climatizoare casnice.

În legătur ă cu aceasta au fost elaborate multe tipuri de climatizoare

(condiţionere) şi SCA, care se clasifică după mai multe criterii. Însă un SCA tipicse bazează pe 3 echipamente fundamentale: un agregat frigorific, realizat după principiile menţionate în paragraful precedent, un modul de ventilare (fancoill) pentru circulaţia aerului şi un sistem de automatizare al acestora. O altă particularitate importantă a condiţionerelor constă în posibilitatea lor de a asiguranu numai o răcire a aerului din încă pere, ci şi o încălzire a acestuia.

După domeniul de utilizare SCA se divizează în 2-3 clase principale:- casnice, cu puteri până la 7 kW şi suprafeţe 15-80 m2;- industriale cu puteri mai mari de 7 kW şi suprafeţe mai mari de 100m2;- semiindustriale (7-25kW), utilizare pentru vile, oficii, magazine, restaurante etc;

După principiul constructiv SCA pot fi de tip monobloc şi multibloc (SPLIT).În trecut erau larg r ăspândite climatizoarele monobloc БК -1500, produse în Bacudupă o licenţă japoneză, care includeau într - un singur constructiv toate elementeleagregatului frigorific şi modulul interior de ventilare. Acest constructiv era instalatîn fereastr ă cu o jumătate de corp în interior şi altă jumătate în exteriorul clădirii.El era relativ compact, însă producea zgomot puternic şi înr ăutăţea izolaţia termicăîn timp de iarnă. În prezent au fost elaborate climatizoare SPLIT mai performante,constituit din 2-3 blocuri separate. În aceste climatizoare compresorul elicoidal şicondensatorul cu ventilatorul său de r ăcire se instalează în blocul din exteriorulclădirii, iar în blocul din interiorul clădirii (фанкоил )- vaporizatorul şi ventilatorulde suflare a aerului din încă pere prin vaporizator pentru a fi r ăcit. Prin perete seface o gaur ă prin care se trec 2 ţevi de legătur ă din cupru pentru circulaţia freonuluilichid şi a freonului gaz, precum şi un cablu electric cu mai multe conductoare. Caurmare, zgomotul compresorului şi ventilatorului de r ăcire al condensatorului nueste sesizat în interior. Pe lângă vaporizator – o ţeavă zig-zag de cupru cu tolesubţiri de aluminiu, sudate transversal, blocul interior este prevăzut în plus cu unindicator digital de temperatur ă, un filtru de cur ăţire a aerului, un sistem de jaluzele de direcţionare a aerului ventilatorului şi un panou de telecomandă de la

distanţă .Blocul interior poate avea, la rândul său, mai multe variante constructive deinstalare: pe podea, pe perete, pe plafon, sub un plafon intermediar, sub care



4.3 S ISTEME DE CONDI Ţ IONARE A AERULUI Ş I DE VENTILARE 359

este ascunsă partea principală şi canalele de repartizare a aerului condiţionat peo suprafaţă mare. În figura 4.70 sunt ar ătate unele din aceste variante constructiveale blocului interior, iar în figura 4.71 – 2 variante ale blocului exterior de 1,1 kW,2100 m3/h de aer şi 3 kW, 3600 m3/h ale companiei Mitsubishi Electric.

Fig. 4.70. Variante constructive ale blocului interior al climatizorului casnic

Fig. 4.71. Variante constructive ale blocului exterior de 1,1kW şi 3kW alecompaniei Mitsubishi Electric

Blocurile exterioare sunt relativ grele – primul cântăreşte 45 kg la gabarite

600x800x300 mm, iar cel de-al doilea 75kg cu gabarite de 2 ori mai mari.




În figura 4.72 este ar ătată componenţa şi amplasarea elementelor bloculuiexterior, iar în figura 4.73 - componenţa blocului interior al climatizoarelor ME.

Fig. 4.72. Componenţa şi amplasarea elementelor blocului exterior MUH 19NV1-carcasă; 2-apărătoare; 3-panou de deservire; 4-schimbător de căldură; 5-spriginulmotorului; 6-compresor; 7- bază; 8-motorul ventilatorului; 9-ventilator; 10-condensatorulmotorului compresorului; 11-contactor; 12-bloc; 13-capilar; 14-garnitură de gumă; 15-ventil de închidere a lichidului; 16-ventil de închidere a gazului; 17-panoul din spate; 18-siguranţă; 19-plachetă de dezgheţare; 20-senzorul de dezgheţare; 21- bobina ventilului cu 4căi; 22-filtru.

Fig. 4.73. Componenţa blocului interior al condiţionerelor ME MSH: 1-fereastra de

aer; 2-jaluzele; 3-furtun de scurgere; 4-motorul ventilatorului; 5-garnitură de gumă; 6-cablu de alimentare; 7-plachetă de comandă; 8-ventilator; 9-motorul jaluzelelor; 10-indicator; 11-suport; 12-bloc terminal; 13-varistoare; 16.17 - senzor de temperatură;




Schema hidraulică a blocului exterior al climatizorului casnic MUZ-FD alcompaniei Mitsubishi Electric este prezentată în figura 4.74. Trecerea de laregimul de R ĂCIRE la cel de ÎNCĂLZIRE se efectuează cu ajutorul unui ventilcomutator, care inversează sensul de circulaţie a agentului frigorific şi rolulschimbătoarelor. Ca senzori de temperatur ă a aerului exterior, al condensatorului

(теплообменник ) şi compresorului sunt utilizate nişte rezistenţe semiconductoare,numite termistoare cu un coeficient negativ de temperatur ă (NTC). Unele din ele,de exemplu cel de la ieşirea compresorului, sunt destinate pentru protecţiaagregatului. Ventilul de laminare LEV are o acţionare cu servomotor monofazat.

Fig. 4.74. Schema hidraulică a blocului exterior al climatizorului MUZ-FD ME

În cazul, când este necesar ă o condiţionare a mai multor încă peri, se utilizeazăsistemul MULTISPLIT (VRF) – un singur bloc exterior de o putere mai mare (2-10 kW) şi cu 2-4 blocuri interioare (fig. 4.75). În acest sistem compresorul are oacţionare reglabilă cu convertizor de frecvenţă variabilă, destinat pentru reglarea productivităţii în funcţie de numărul de blocuri interne conectate.

Fig. 4.75. Climatizoare casnice şi semiindustriale de tipul MULTISPLIT




Schema hidraulică a climatizorului MULTISPLIT MSX cu 2 compresoare, 2acumulatoare, 4 blocuri interioare conectate paralel este ar ătată în figura 4.76.

Fig.4.76 Schema hidraulică a climatizorului MULTISPLIT cu 4 blocuri interioare

Stabilizarea temperaturii din încă pere este realizată de către climatizoarele

casnice în 2 variante ale sistemului de reglare automată (SRA):1) printr-o conectare discretă START-STOP a motorului compresorului şiventilatorului exterior de r ăcire a condensatorului, efectuată cu ajutorul unuitermostat simplu, care controlează temperatura aerului din încă pere, suflat în permanenţă prin vaporizator de către ventilatorul blocului interior;

2) printr-o reglare lină şi continue a vitezei motorului compresorului, efectuatăcu ajutorul unui traductor analogic de temperatur ă a aerului şi un convertizor defrecvenţă variabilă (CFV) cu invertor autonom de tensiune modulată PWM.

În cel de-al doilea caz microcontrolerul de comandă al convertizorului asigur ătotodată protecţia şi comanda tuturor componentelor electrice, inclusiv a blocurilor sistemului MULTISPLIT.




4.3.2 Climatizoare casnice cu convertizoare de frecvenţă ale companieiMitsubishi Electric

Schema funcţională, divizată în 2 păr ţi, a convertizorului de frecvenţă, cu 2invertoare autonome IPM şi ICB de alimentare a motoarelor trifazate ale

compresorului MC de 900 W şi ventilatorului exterior MF, este ar ătată în figura4.77. Partea de alimentare conţine un filtru inductiv L62–capacitiv de semnale parazite şi varistoare de protecţie U la supratensiuni din reţeaua alternativămonofazată 230 V, 50 Hz. Această tensiune este redresată de 2 punţi monofazatecu diode – una pentru alimentarea invertoarelor, iar alta – pentru reglareaventilului de laminare. Traductoarele de temperatur ă sunt notate prin RTx.

Fig.4.77 Schema funcţională a CFV de reglare a motoarelor blocului exterior




Utilizarea CFV pentru reglarea lină şi continuă a compresorului asigur ăurmătoarele avantaje:- consumul de energie electrică se micşorează până la 30% datorită excluderii pornirilor directe şi funcţionării compresorului la o putere subnominală;- eroarea de stabilizare a temperaturii impuse este mai mică (0,5ºC, faţă de 1,5ºC);

- timpul de ieşire la regimul prescris este mai mic, deoarece motoruluicompresorului are o frecvenţă de alimentare maximă mai mare de 50Hz, iar caurmare o productivitate maximă mai mare decât cea nominală;- nivelul zgomotului este mai mic;- durate de funcţionare a compresorului este mai mare.

Climatizoarele automobilelor au aceleaşi principii, cu unele particularităţineînsemnate. Compresorul este rotit de arborele cotit principal printr-o curea detransmisie, iar condensatorul este montat în partea din faţă a automobilului, alăturide radiatorul de r ăcire al motorului de tracţiune.

4.3.3 Climatizoare industriale şi sisteme de ventilare

Climatizoarele industriale şi semiindustriale sunt prevăzute pentru asigurareamicroclimatului confortabil al aerului în încă peri cu suprafeţe relativ mai mari sauîn mai multe încă peri ale unei singure clădiri – muzee, săli de concerte sauconferinţe, hoteluri, săli sportive, hale de producţie şi altele. Climatizoareleindustriale sunt alcătuite, de asemenea, din câteva blocuri separate, însă deja de ogreutate şi putere frigorifică maimare (200-1500 kW). Partea lor principală o constituie cillerul – maşina frigorifică, destinată pentrurefrigerarea apei sau altui agentfrigorific lichid (tosol, etilenglicoletc.) din exteror. În afar ă de ciller, încomponenţa unui sistem industrialde condiţionare mai intr ă un modulhidraulic de pompare a apei r ăciteîn vaporizator printr-un sistem deventilare, sau un fancoil deventilare şi condiţionare a uneiîncă peri de o anumită suprafaţă.

Cillerele pot avea nu numaidiferite puteri frigorifice, ci şidiferite variante constructive:- cu execuţie interioar ă sauexterioar ă (pe acoperiş - fig. 4.78);- cu r ăcire a condensatorului cu apă

sau cu aer;- cu condensator integrat sau separatFig. 4.78. Climatizor monobloc de acoperiş




Cillerul r ăceşte apa din reţeaua hidraulică exterioar ă şi o stabilizează la 7ºC,când aerul atmosferic are o temperatur ă de 30-40ºC. Acest aer este supuscirculaţiei în reţeaua de climatizare de către un ventilator de refulare şi altul deabsorbţie, fiind r ăcit printr-un schimbător de căldur ă clasic, reţeaua hidraulică acăruia se închide prin vaporizatorul cillerului. Sistemele de condiţionare clasice cu

debit constant prevedeau o împrospătare par ţială a aerului, eliminând totodată omică cantitate de aer în atmosfer ă (fig. 4.79). În figura 4.80 este ar ătată schematehnologică a cillerului AQTL al companiei WESPER cu trei compresoareelicoidale 1, un condensator de r ăcire 2, filtrul 3, ventilul de laminare 4 şivaporizatorul tubular de tip „ţeavă în ţeavă” 6 cu două circuite frigorificeindependente.

Fig. 4.79. Sistem clasic de condiţionare şi ventilare a aerului cu debit constant

Fig. 4.80. Schema unui ciller AQTL WESPER cu 2 circuite de refrigerare separate




O astfel de modificaţie tipică se caracterizează printr-un randament scăzut,deoarece energia termică este eliminată de ventilatoare în mediul ambiant. Deaceea au fost propuse modificaţii de recuperare a acestei energii, utilizând înfiecare circuit câte un ventil cu patru căi 8 şi câte un condensator adăugător 9,r ăcit cu apă (fig.4.81). În acest caz agentul frigorific de presiune înaltă de la ieşirea

compresoarelor 1 se aplică, mai întâi cu ajutorul ventilelor 8 în condensatoarelerecuperatoare 9. Datorită supapelor inverse 6, prin condensatoarele 2, r ăcite deventilatoare, în atmosfer ă se pierde doar surplusul de căldur ă.

Fig. 4.81. Schema cillerului cu recuperare a energiei termice prin condensatoareadăugătoare

Astfel de cillere, cu puteri 10-500 kW, sunt produse în prezent de companiileYORK, MTA şi WESPER (fig. 4.82), care au gabarite şi mase relativ mari – 2x1,2 m – 2x5 m şi 700-7000 kg.

Fig. 4.82. Cillere industriale AQCH de27-84 kW şi VLS de 137-308 kW alecompaniei WESPER




O nomenclatur ă foarte mare de cillere, sisteme de condiţionare a aerului,pompe de căldură şi alte variante de maşini frigorifice cu puteri de la 4 kW şi până la 1500 kW, cu principii constructive şi de r ăcire, descrise în paragraful precedent, este produsă de compania italiană MTA. Toate aceste maşini asigur ă:- o reglare eficientă a productivităţii frigorifice cu 1, 2 sau 3 circuite de refrigerare;

- o reglare lină a vitezei ventilatoarelor condensatoarelor cu convertizoare defrecvenţă variabilă;- o incorporare a elementelor auxiliare necesare: agregatelor de pompare,rezervoarelor de apă şi de agent frigorific lichid, filtrelor;- o automatizare complexă a elementelor componente principale şi auxiliare cucontrolere speciale de producţie proprie;- o execuţie constructivă protejată IP54.

În figura 4. 83,a sunt prezentate modificaţiile cillerelor de putere mică (4-72kW) cu compresoare cu spirale (Scroll), vaporizator cu plăci de oţel, un

condensator r ăcit de 1-4 ventilatoare axiale, iar în figura 4.83,b – cillere de puterimari (120-1200 kW), cu compresoare elicoidale, vaporizator multitubular alecompaniei MTA.

a)

b)Fig. 4.83 Cillere pentru climatizoare cu ventilatoare de r ăcire ale companiei MTA




Cillerele cu condensator de r ăcire cu apă, amplasat între 2 compresoareelicoidale şi un vaporizator multitubular, sunt mai compacte, cu toate că asigur ă undiapazon de puteri mai mare – 330-1400 kW (fig. 4.84).

Fig. 4.84. Ciller cu compresoare elicoidale, vaporizator multitubular şi condensator de r ăcire cu apă

Cele mai compacte şi cu greutate mai mică, mai efective şi mai flexibile suntcillerele sistemelor de condiţionare cu puteri 300-1200 kW şi cu compresoarecentrifugale cu convertizoare de frecvenţă incorporate (fig. 4.85).

Fig. 4.85 Ciller cu compresoare centrifugale reglabile în frecvenţă




În exploatare se află, de asemenea, şi sisteme de condiţionare şi ventilarecentralizate mai vechi, proiectate pentru clădiri publice sau industriale mari cu undebit de aer constant sau variabil. Aceste sisteme includ nişte instalaţii depregătire a aerului condiţionat – fie de r ăcire în timp de var ă, fie de încălzire întimp de iarnă, care se efectuează prin suflarea aerului cu ajutorul unui ventilator

direct (de refulare) printr-un schimbător de căldur ă corespunzător. Pentru ocirculaţie necesar ă a fluxului de aer prin clădire, este utilizat, de obicei, unventilator de absorbţie a aerului din interiorul clădirii şi reîntoarcere la intrareaventilatorului direct. Circuitul acesta nu este absolut închis, deoarece este necesar ă,de regulă, şi o împrospătare a aerului din încă pere cu aer proaspăt din atmosfer ă, precum şi o eliminare par ţială inversă în atmosfer ă a aerului din circuitulventilatorului de retur (fig. 4.79).

Un astfel de sistem însă este proiectat pentru sarcinile cele mai mari sau maigrele, de aceea în practică el nu asigur ă o condiţionare calitativă în toate zonele, iar

pe de altă parte este însoţit de consum relativ mare de energie electrică şi termică,adică de un randament scăzut. O ridicare a acestui randament poate fi obţinută prinacţionarea electrică reglabilă în turaţie a ambelor ventilatoare cu ajutorulconvertizoarelor de frecvenţă variabilă. Ele permit excluderea aparatului mecanicde reglare a debitului de aer de la ieşirea ventilatoarelor.

În figura 4.86 este prezentată o astfel de modernizare, realizată cu ajutorulconvertizoarelor VLT ale companie DANFOSS. Reglarea automată a vitezeiventilatoarelor poate fi realizată cu ajutorul traductoarelor de temperatur ă şi de presiune a aerului din încă pere, semnalele cărora sunt aplicate la intrarearegulatorului tehnologic al convertizoarelor (vezi capitolul precedent).Convertizoarele VLT 6000 HVAC prevăd chiar 2 semnale de reacţie aleregulatorului tehnologic, ceea ce permite ventilatorului de recirculaţie să menţină şio diferenţă constantă între debitele aerului de refulare şi de absorbţie.

Fig. 4.86 Sistem modernizat de condiţionare şi ventilare cu CFV VLT DANFOSS




În sistemele clasice de ventilare cu debit de aer variabil (VAV) sunt prevăzute pentru fiecare zonă câte un dulap cu traductor şi regulator de temperatur ă, carestrangulează fluxul de aer de la intrarea dulapului pentru a stabiliza temperatura prescrisă (fig. 4.87).

Fig. 4.87. Sistem clasic de condiţionare şi ventilare cu debit de aer variabil

Pentru a stabiliza presiunea ventilatorului de refulare la strangulareadulapurilor VAV, sistemul clasic prevedea un traductor şi regulator de presiune,care avea ca element de execuţie aparatul mecanic de reglare a debitului de aer dela ieşirea acestui ventilator. Un aparat mecanic de strangulare era necesar şi pentruventilatorul de recirculaţie, însă automatizarea acestuia se efectua în funcţie dedebitele de refulare şi de absorbţie, diferenţa cărora trebuie să r ămână constantă.Toate aceste aparate mecanice neefective şi voluminaose se exclud în cazulreglării în frecvenţă a motoarelor ventilatoarelor cu ajutorul CFV (fig. 4.88).

Fig. 4.88. Sistem modernizat de condiţionare şi ventilare cu flux de aer variabil şicu convertizoare de frecvenţă VLT DANFOSS




Pentru r ăcirea condensatoarelor cillerelor se folosesc ventilatoare axiale de putere mică (fig. 4.89, a), iar pentru circulaţia aerului sistemelor de condiţionare – ventilatoare centrifugale de putere mare cu palete radiale (fig. 4.89, b).

Fig, 4.89. Ventilatoare axiale (a) şi centrifugale cu palete radiale (b)

În figura 4.90 sunt prezentate 2 caracteristici „debit –presiune” paraboliceale reţelei pneumatice pentru o poziţie complet deschisă şi strangulată cu 25% (cudebit Q1) a dulapurilor VAV, precum şi 2 caracteristici căzătoare „debit -presiune” ale ventilatorului la o turaţie nominală n N şi subnominală 0,45n N. În primul caz, adică la o acţionare nereglabilă, presiunea creşte din punctul A până în punctul B, iar la o reglare frecvenţială subnominală – descreşte până în punctul C,în care pC<pA. Ca urmare, puterea consumată se reduce cu

V

C B Q p p P 1 ,

unde V - randamentulventilatorului.

Înmulţind această reducerede putere cu timpul defuncţionare, se obţine energiaelectrică economisită.

Fig. 4.90 Caracteristici „debit- presiune” ale reţelei şiventilatorului.



4.4 Pompe geotermale ş i regenerabile de c ă ldur ă

4.4.1 No ţiuni generale, principiu de func ţionare şi clasificare

Pompele de c ăldur ă (PC) ( Тепловые насосы ) reprezint ă nişte sisteme

frigorifice reversibile închise de utilizare a energiei termice naturale a solului,apei freatice din lacuri sau râuri, aerului atmosferic, radiaţiei solare în scopulîncălzirii încă perilor şi alimentării cu apă caldă menajer ă pe timp de iarnă, saucondiţionării aerului interior din încă peri în timp de var ă. Aceste pompe se numescgeotermale şi regenerabile, deoarece utilizează energia naturală şi inepuizabilă,acumulată de Pământ, apele freatice şi aerul atmosferic în timpul încălzirii lor decătre Soare – principala sursă energetică de origine divină şi de susţinere a vieţiiumane şi vegetale. La o adâncime de 1,8 m solul, de exemplu, are o temperatur ăaproximativă de 8-12ºC pe tot parcursul anului. Această temperatur ă este relativ

scăzută, însă capacitatea de energie termică înmagazinată şi determinată de ea estefoarte mare, fiind gratuită şi accesibilă în orice loc de pe glob şi în orice timp. În plus, această sursă este curată din punct de vedere ecologic – nu este însoţită degaze de ardere, fum, cenuşă, nu prezintă nici un pericol de explozie, ca gazulmetan, de exemplu. Ea este cunoscută încă din vremurile str ăvechi, însă utilizareaei reală şi efectivă a fost realizată abea în ultimele decenii, odată cu creşterea progresului tehnicii frigorifice şi de încălzire.

În timpul crizelor economice, energetice şi ecologice din ultimii ani pompelede căldur ă reprezintă o alternativă reală şi de perspectivă a sistemelor convenţionale de încălzire, în pofida dezavantajelor sale – dificultăţile decolectare a căldurii geotermale, temperatur ă scăzută a agentului termic la ieşire(50-55ºC) şi investiţii capitale iniţiale ridicate. Ţinând cont de sursele gratuite deenergie termică, aceste pompe în exploatare sunt totuşi mai eficiente din punct devedere economic decât sistemele convenţionale. În particular, la fiecare 1 kW deenergie electrică consumată se generează 3-4 kW de energie termică. Acesta însănu înseamnă, că randamentul lor constituie 300-400 %, deoarece energia electricăeste utilizată pentru servicii proprii şi nu ca energie principală de intrare, în raportcu care se calculează randamentul. Ea joacă acelaşi rol, ca şi energia reactivă deformare a câmpului magnetic de excitaţie al maşinilor electrice.

În legătur ă cu aceasta, în ţările Europei occidentale, şi mai ales în ţărilescandinave, pompele de căldur ă au substituit o bună parte din sistemeletradiţionale de încălzire şi alimentare cu apă caldă menajer ă a caselor individuale şivilelor cu 1-3 etaje, şcolilor, gr ădiniţelor, spitalelor, primăriilor, hotelurilor, băncilor şi altor clădiri comunale. În Suedia, de exemplu, peste 80% din acesteinstituţii sunt alimentate cu pompe regenerabile de căldur ă. În ţările Europei deR ăsărit însă aceste pompe sunt relativ noi, deoarece concepţia centralizată şiiraţională de alimentare cu căldur ă a predominat mulţi ani la rând în practică.Utilizarea în aceste ţări a caloriferelor tradiţionale, instalate sub ferestre, de

asemenea, constituie o tradiţie puţin eficientă în comparaţie cu reţelele moderne deîncălzire în pereţi sau sub pardoseală ( sub podea). Aceste calorifere, într-adevăr auunele dezavantaje principale:



4.4 P OMPE GEOTERMALE Ş I REGENERABILE DE C Ă LDUR Ă 373

- posedă randament relativ scăzut datorită suprafeţei limitate de radiere a căldurii;- necesită temperaturi ridicate a agentului de încălzire;- asigur ă o încălzire neuniformă a încă perii;- condiţionează pierderi hidraulice relativ mari, ceea ce impune o creştere a puterii pompelor de circulaţie;

- servesc ca surse de acumulare a prafului şi sunt dificile de cur ăţit sau de spălat.Reţelele de încălzire în pereţi şi sub pardoseală sunt lipsite de acestedezavantaje, potrivindu-se ideal cu pompele de căldur ă în ceea ce priveşte modulde circulaţie a agentului termic de ieşire şi temperatura lui maximă, menţionată maisus.

Pompele de căldur ă au la bază aceleaşi principii de func ţionare ca şi maşinilefrigorifice (cillerele) cu apă de r ăcire a condensatorului sau climatizoareleindustriale de aer condiţionat, deosebindu-se doar prin regimul inversat detransmitere a căldurii şi prin diversitatea de colectare a acestea. Pompele de

căldur ă reprezint ă în principiu acelea şi cillere cu func ţionare în regim de încălzire, când căldura este preluată din sol sau din mediul ambiant şi transferatăîn încă pere. În figura 4.91 este prezentată schema tehnologică simplificată a unui pompe de căldur ă. Ea are deja nu 2, ci 3 circuite hidraulice închise şi separate :1) circuitul de intrare (primarul) 1 de temperatur ă joasă a apei cu etilenglicol,care circulă printr-un furtun din material plastic cu un diametru de 40 mm,îngropat în sol sau cufundat într-o fântână arteziană, în lac sau râu;2) circuitul intermediar cu agent frigorific f ăr ă clor, pompat de compresorulelicoidal 3 prin vaporizatorul 2 şi condensatorul 4, reglat de ventilul de laminare 5.3) circuitul de ie şire (secundarul ) de temperatur ă ridicată 50-55ºC, închis prinreţeaua de încălzire a pardoselii, caloriferelor, sau de alimentare cu apă caldă.

Fig. 4.91. Schema tehnologică simplificată a unei pompe de căldur ă




Etilenglicolul din apa circuitului primar o protejează de îngheţare latemperaturi negative. Această apă preia energia înmagazinată în pământ sau înfântâna arteziană, lac sau râu şi o transmite prin vaporizator agentului frigorificR134 sar R410 din circuitul intermediar, care are o temperatur ă negativă defierbere (vaporizare). Din acest motiv el se transformă în stare gazoasă, fiind apoi

absorbit de către compresor şi refulat în condensator la o presiune şi temperatur ăînaltă de (80-100)ºC. Condensatorul, la fel ca şi vaporizatorul, reprezintă unschimbător de căldur ă cu plăci, care transmite mai departe căldura apei dincircuitul secundar de încălzire al imobilului la o temperatur ă de (50-55)ºC, iar apeidin pardoseală – la o temperatur ă de (30-35)ºC. O astfel de temperatur ă asigur ă înîncă pere o temperatur ă confortabilă de (20-22)ºC.

În caz dacă temperatura mediului ambiant scade sub minus 15ºC, PC prevedeîn circuitul secundar nişte rezistenţe electrice de încălzire suplimentar ă a apei,comandate de un termostat, care stabilizează temperatura la nivelul dorit (fig.

4.92 ). Apă caldă trebuie să fie potabilă, de aceea ea este separată de apă circuituluisecundar prin 2 rezervoare, amplasate unul în altul. Rezervorul mai mic (boilerulde apă caldă, alimentat de la conducta de apă rece), este amplasat în partea de susa rezervorului mare, care-l încălzeşte pe cel mic. Debitul apei din circuitul primar şi secundar este asigurat de pompe corespunzătoare de circulaţie.

Fig. 4.92. Schema hidraulică reală a unei pompe de căldur ă




Pompele de căldur ă de putere mare includ, de regulă, 2 blocuri frigorificeidentice A şi B cu intr ările conectate paralel (fig. 4.93 ). La temperaturi scăzute subminus 15ºC încălzirea suplimentar ă poate fi asigurată de un BOILER separat pegaz sau pe combustibil lichid, la ieşirea căruia este montat un ventil de reglare cu 3căi SV-P. Apa caldă necesită o putere termică mai mică decât sistemul de încălzire,

de aceea numai o parte din debitul de ieşire al blocului B, reglat prin ventilul cu 3căi VXV, merge în rezervorul de separare şi încălzire VPA. Dacă temperatura apeide ieşire a blocului B este de 50-55ºC, atunci temperatura apei menajere poate săfie cu 5-10ºC mai mică, fiind astfel necesar ă o încălzire electrică suplimentar ă, prezentată, de asemenea, în figura 4.93 . În calitate de rezervor adăugător deîncălzire a apei pot servi, de asemenea, şi bazinele pentru sc ăldat. Acestea se potrivesc bine cu pompele de căldur ă, deoarece nu cer o temperatur ă de încălzireînaltă.

Fig. 4.93. Schema hidraulică a unei pompe de căldur ă cu 2 blocuri frigorifice paralele

Unul din parametrii principali ai pompelor de căldur ă îl constituie coeficientulde eficien ţă energetic ă sau de utilizare a puterii electrice (COP), care reprezintăraportul dintre puterea termică utilă la ieşire şi puterea electrică absorbită decompresorul circuitului frigorific intermediar şi de pompele de circulaţie ale apei:

pompeitipul de functiein P Q

E

T ,63 .

Acest coeficient mai depinde, de asemenea, de diferenţa dintre temperatura apeidin circuitul secundar şi primar. Cu cât această diferenţă este mai mică, (ca în cazulsistemului de încălzire sub pardoseală), cu atât coeficientul de utilizare a puteriieste mai mare.Cum a fost deja menţionat, există 3 tipuri principale de pompe de căldur ă,clasificate în raport cu sursa geotermală de energie: SOL-AP Ă, AP Ă-AP Ă, şi




AER-AP Ă (fig. 4.94). Prima variantă permite colectarea a 20-30W la fiecare 1 mde conductă, îngropată orizontal la o adâncime de 1,2-1,5 m. Ca urmare, pentru aobţine la ieşirea pompei o putere de 10 kW, este necesar ă o reţea subterană de 350-500 m lungime, amplasată pe un sector de 400-500 m2 (fig. 4.94, a). În caz, dacăeste disponibilă o suprafaţă relativ mică, ţevile colectoare se instalează vertical,

câte 2 în paralel, însă deja la adâncimi mai mari.Sursă geotermală a apelor freatice APĂ-APĂ (fig. 4.94, b,c ) poate colecta oenergie relativă mai mare, iar temperatura apelor subterane este relativ constantă(7-12ºC) pe tot parcursul anului, de aceea este mai favorabilă. În acest caz pentru o putere de 10 kW este necesar ă deja o reţea subacvatică de 300 m lungime. Însăapele freatice nu sunt accesibile în orice loc, sau sunt accesibile la adâncimi mari.

Cea mai mică capacitate de colectare a căldurii o are pompa AER-APĂ (fig.4.94, d). În plus puterea transformată depinde substanţial de temperatura mediuluiambiant, din care se colectează energia termică. În schimb ea este cea mai ieftină,

deoarece nu necesită şanţuri subterane, sau fântâni arteziene, fiind astfel raţională pentru case or ăşeneşti, care nu dispun de teren asociat, sau sunt cu multe etaje.

a)

c)

Fig. 4.94. Variante de surse geotermale ale pompelor de căldur ă

În afar ă de aceste variante principale de colectare a energiei mediului ambiant, pompele termice pot să utilizeze, de asemenea, energia de radia ţie a razelorsolare , utilizând pentru aceasta nişte colectoare solare de formă plană. Acestecolectoare reprezintă nişte schimbătoare de căldur ă de tipul placă metalică-ţeavă

de circulaţie a apei, care absorb energia radiaţiei solare şi o transmit, prin apa decirculaţie, unei oarecare variante a sistemului de încălzire.




Alegerea optimă a sursei geotermale şi a puterii pompei se face în funcţie detipul imobilului, zona geografică a lui, de terenul disponibil de lângă el, desuprafaţa necesar ă pentru încălzire, de pierderile de căldur ă, având ca scop principal obţinerea puterii maxime la un minim de cheltuieli. Puterea curentă a pompei însă depinde de temperatura mediului exterior (solului, apei freatice sau

aerului ambiant) - cu cât aceasta scade, cu atât puterea pompei se micşorează (fig.4.95 ). Pierderile (consumul) de căldur ă din clădire dimpotrivă – cresc odată cuscăderea temperaturii mediului. În punctul de intersecţie al acestor diagrame, numit punct de bivalenţă sau optim, pompa acoper ă integral pierderile de căldur ă, avândun randament maxim. Cu cât puterea pompei este mai mare, cu atât punctul de bivalenţă se deplasează spre stânga, adică pompa acoper ă necesarul de căldur ă la pentru temperaturi mai scăzute. Punctului optim din figura 4.95 îi corespunde o putere de 10 kW şi o temperatur ă a mediului ambiant de -4ºC. Dacă aceastătemperatur ă se micşorează, atunci nu mai acoper ă necesarul de căldur ă, fiind

necesar ă în acest caz o încălzire suplimentar ă cu un boiler electric, de exemplu,comandat de un termostat. În caz dacă temperatura exterioar ă creşte, se obţine unexces de căldur ă. Aşadar, dimensionarea acestui punct este o soluţie decompromis, care depinde de mai mulţi factori, inclusiv de ponderea zilelor friguroase în sezonul de încălzire.

Fig. 4.95. Dimensionarea puterii pompelor în funcţie de pierderile de căldur ă dinimobil şi de temperatura mediului ambiant

Pompele de căldur ă pot funcţiona în timp de var ă în regim invers - de r ăcire,utilizând acelaşi echipament şi sistem, instalat sub pardoseală sau în pereţi.

Evident, că acest regim, ca şi cel de încălzire, poate fi optimizat numai în caz dacăeste automatizat cu ajutorul unui controler programabil şi a unor traductoare,inclusiv cel de temperatur ă al mediului exterior.




4.4.2 Pompe industriale de c ăldur ă

Pompele de căldur ă, după cum rezultă din cele expuse mai sus, constituie niştesisteme de transformare a căldurii, colectate de la diferite surse regenerabilegeotermale, ceea ce permite, în raport cu sistemele tradiţionale, o micşorare cu 50-

70 % a cheltuielilor de exploatare pentru încălzire şi alimentare cu apă caldă., faptcare a condiţionat producerea lor pe scar ă industrială.Pompele de căldur ă se produc în majoritatea ţărilor dezvoltate, mai ales în

Suedia, Canada, Germania, China. În figura 4.96, a, b sunt prezentate uneleagregate frigorifice, ca elemente principale, ale pompelor FORCAIR şi TF de 10-17 kW ale companiilor canadiene NHP şi NORDIC, iar în figura 4.96, c,d – agregatele IPLOMAT şi OPTIMA ale companiilor suedeze NIBE şi THERMIA.

a)

Fig.4.96 Agregate frigorifice ale pompelor companiilor canadiene şi suedeze




În figura 4.97 este descoperit interiorul agregatelor pompelor VITOCAL 300ale companiei germane VIESSMANN. Pe panoul din spate al carcasei interioaresunt fixate ambele schimbătoare de căldur ă – vaporizatorul de culoare albă, cătrecare se conectează circuitul hidraulic exterior de intrare, şi condensatoru l deculoare neagr ă, la care se conectează circuitul exterior de ieşire. Circuitul frigorific

intermediar este realizat cu ţevi de cupru. Elementele principale al acestui circuitsunt compresorul cu 2 spirale (Scroll) şi carcasă ermetică al companiei Copelland,robinetul de laminare, precum şi un schimbător de căldur ă adăugător de formăcilindrică cu diametru mic. Controlerul de automatizare cu tastatura sa şi unindicator digital mic este amplasat pe panoul frontal.

Fig. 4.97. Componenţa interioar ă a agregatului pompelor de căldur ă VITOCAL300 ale companiei germane VIESSMANN

Pompele VITOCAL, 300 cu temperaturi până la 55ºC, se produc în 3 variante :AW(Air-Water)–AER-APĂ, cu puteri de la 5.4 kW şi până la 14,6 kW, 7,32,3

WW – APĂ-APĂ cu puteri de la 6 kW şi până la 107 kW; 6,5 ;

BW - SOL-APĂ cu puteri de la 4,8 kW şi până la 81 kW, 6,43,4

.Pompele VITOCAL 350 au aceleaşi variante, însă asigur ă temperaturi mairidicate – până la 65ºC.




Circuitele exterioare ale acestor 3 variante sunt prezentate în figura 4.98 , careau la ieşire un sistem de încălzire sub pardoseală. Cea mai simplă este varianta cuaspiraţia căldurii din aerul ambiant, care se efectuează cu ajutorul unui ventilator şicare nu necesită nici conexiune exterioar ă (fig. 4.98, a ). Utilizarea căldurii apelor freatice necesită să parea a 2 fântâni – una de aspiraţie, în care este instalată pompa

submersibilă corespunzătoare, şi alta de retur, aflate la o distanţă minimă de 5 m(fig. 4.98, b ). Conductele de colectare a energiei solului D se conectează în paralelcu ajutorul a 2 distribuitoare speciale B şi C, amplasate într-o fântână de deservirela suprafaţa solului E (fig. 4.98, c ).

a)

c)Fig. 4.98. Configuraţia circuitelor exterioare ale variantelor de utilizare a energiei

termice din aer (a), apele freatice (b) şi din sol (c)

În calitate de pompe de circulaţie ale circuitelor hidraulice pot fi folosite pompele companiilor WILO sau GRUNDFOS, integrate cu convertizoare defrecvenţă variabilă, care sunt montate pe conductele exterioare (fig, 4.99). Aceste pompe sunt descrise în paragraful următor.




În figura 4.99 este ar ătat, de asemenea, rezervorul de încălzire a apei menajerecu pereţi dubli (rezervor interior separat). Sistemele cu puteri 40-107 kW suntînzestrate cu 2 agregate frigorifice, iar controlerul de automatizare prevede reglareaşi stabilizarea temperaturii a 2 circuite paralele de încălzire. Reglarea debituluicircuitelor de ieşire se efectuează prin intermediul ventilelor cu 3 căi.

Fig. 4.99. Amplasarea pompelor de circulaţie a circuitelor hidraulice şi arezervorului de încălzire a apei menajere

Caracteristicile principale de dimensionare a puterii termice A, debitate de pompa de căldur ă VITOCAL 300 cu seria AW 108, în funcţie de temperaturaaerului exterior şi de consumul de căldur ă D, sunt prezentate în figura 4.100, a .Dacă temperatura mediului ambiant scade, puterea debitată se micşorează, iar consumul (pierderile) de căldur ă cresc. Punctul de bivalenţă se obţine la intersecţiacaracteristicilor acestor puteri. Caracteristicile B din această figur ă corespund

puterii electrice consumate la diferite temperaturi ale mediului şi circuitului deieşire. Raportul acestor puteri permite calculul coeficientului de eficienţăenergetică - unul din parametrii principali ai pompelor de căldur ă.




Fig. 4. 100. Caracteristici principale de dimensionare a puterilor pompelor decăldur ă VITOCAL 300 AW 108

Caracteristicile principale de dimensionare a puterilor pompei VITOCAL 300seria WW 212 în regim de încălzire A sau r ăcire B şi în funcţie de temperaturilede intrare – ieşire sunt prezentate în figura 4.101. . Puterea debitată în acest cazdepinde nu numai de temperatura apei sau saramurii de intrare, ci şi de temperaturamaximă de ieşire. Cu cât aceasta din urmă este mai mică, cum se alege, deexemplu 35ºC pentru un sistem de încălzire sub pardoseală, cu atât puterea deieşire şi coeficientul de eficientă energetică este mai mare.

Echipamentul principal al unei pompe de căldur ă de 10 kW ale companiilor germane şi suedeze costă 7000-10000 Euro, f ăr ă tubulatura subterană de conducte,iar al companiilor chineze şi din Singapor – de 8-10 ori mai puţin, adică se produc pompe de căldur ă pentru fiecare buzunar.




Fig. 4.101.Caracteristici de dimensionare a puterilor pompei VITOCAL WW212




4.4.3 Exemple de utilizare practic ă ale pompelor de c ăldur ă

În figura 4.102 este adus un exemplu de utilizare combinată a pompelor germane de căldur ă VITOCAL 300 împreună cu colectoarele solare, care suntdestinate pentru încălzirea adăugătoare a apei menajere sau a pardoselii. Aceste

circuite sunt separate prin intermediul ventilului cu 3 căi C şi schimbătoruluiadăugător de căldur ă E de tipul VITOTRANS 100. Secundarul acestui schimbător include pompa de circulaţie F, limitatorul manual de debit K şi ventilul de reglareautomată L. Racordul de alimentare cu apă rece al rezervorului de încălzire a apeimenajere G, de tipul VITOCELL 100, este notat prin KW, iar racordul sealimentare cu apă caldă –WW.

Încălzirea adăugătoare a apei cu ajutorul colectoarelor solare P este necesar ă dincauza temperaturii limitate a pompei de căldur ă (55ºC), iar în timpul nopţii aceastăîncălzire suplimentar ă poate fi realizată şi cu ajutorul unor rezistenţe electrice,

instalate în rezervorul G. Circuitul de încălzire cu colectoare solare RL-VL esteseparat, având un traductor O şi o pompă separată de circulaţie N, deoarece apa luinu poate fi utilizată de consumator. Temperatura apei din rezervorul G estecontrolată de 2 termorezistenţe – H şi M, utilizate pentru comanda corespunzătoarea pompei solare N şi a pompei de căldur ă F. Pompa solar ă se conectează numaidacă temperatura colectoarelor solare, măsurată de traductorul O, atinge valoarea prescrisă, iar temperatura curentă a rezervorului G este mai mică. În timpul nopţii,sau în caz dacă circuitul pompei solare nu poate ridica temperatura în rezervor lavaloarea necesar ă, traductorul M conectează circuitul pompei de căldur ă (pompa F)şi reglează debitul ei prin ventilul L.

Fig. 4.102.Utilizarea combinată a pompei solare şi a colectoarelor solare





4.5 Pompe, instala ţii ş i sta ţii automatizate de pompare a apei potabile

4.5.1 Caracteristica generală şi clasificarea pompelor centrifugale

Apa reprezintă sursă principală de viaţă pentru lumea vegetală, animală şi

umană. Acest produs este atât de simplu după conţinut, însă desăvâr şit după proprietăţi şi principii de circulaţie în natur ă. În plus, el se află peste tot în natur ă – la adâncimi relativ mici în pământ, iar în unele cazuri izvoarele ies chiar lasuprafaţa pământului, revărsându-se apoi în râuri.

La început omul nu avea nevoie de pompe, deoarece apa era peste tot, iar casele de locuit nu erau înalte, ca să fie nevoie de o ridicare anumită a apei.Această necesitate a apărut atunci, când fiii oamenilor şi-au zidit, spre nefericirealor, oraşe mari cu clădiri înalte. În ziua de astăzi un oraş mare, f ăr ă aprovizionarecu apă, este paralizat complet. Pentru aceasta este suficient să dispar ă energia

electrică, care alimentează motoarele electrice de antrenare ale pompelor.Ele reprezintă nişte mecanisme mecanice de generare a energiei hidraulice -energia datorată suprapresiunii unui lichid, aflat în mişcare cu o anumită viteză saudebit, consumând pentru aceasta energie mecanică, dezvoltată de un motor electric.Fiind nişte generatoare hidraulice, pompele au 2 parametri hidraulici la ieşire – presiunea p(t), exprimată în Pascali Pa sau în bari (1bar =105 Pa) şi debitulQ(t) al lichidului în hm3 sau sl , care au aceeaşi semnificaţie ca şi tensiuneasau curentul unui generator electric de curent continuu. Deoarece pompele suntdestinate, în principiu, pentru ridicarea lichidului la o înălţime H, exprimată în

metri, o reprezentare fizică reală o are caracteristica H(Q), consideratăcaracteristică principală, care se deosebeşte de caracteristica p(Q) doar printr-oaltă scar ă pe axa ordonatelor, întrucât

g p

H , m , unde - densitatea lichidului, 3mkg ; g=9,81 m/s2.

Dependenţa înălţimii H (sau a presiunii p) de debitul Q este puternic neliniar ă,mai ales la viteze mari (fig. 4.104).Înălţimea de ridicare are o valoaremaximă H=H0 la un debit Q=0(vană de ieşire închisă), iar odatăcu creşterea debitului – semicşorează. Această micşorareeste determinată de mai mulţi parametri constructivi şi hidraulici,care nu pot fi exprimaţi printr-oformă analitică (formulă) generală.De aceea caracteristica H(Q) sescoate experimental de uzina producătoare şi se indică în datelede paşaport ale pompei. Fig. 4.104. Caracteristici H(Q) ale pompelor



4.5 P OMPE , INSTALAŢ II Ş I STAŢ II DE POMPARE A APEI 387

Aşadar, pompele reprezintă de fapt nişte agregate de pompare, constituitedin 2 elemente principale de putere – motor şi pompă. În sfera comunală şiindustrială cea mai largă utilizare au obţinut-o pompele centrifugale, care au la bază una sau mai multe roţi rotitoare cu nişte palete radiale de o geometriespecială, care comunică lichidului o anumită for ţă centrifugă.

Pompele clasice aveau o execuţie separată a motorului, instalat pe o ramă saucarcasă comună în cazul debitelor mici şi mijlocii, numită şi consolă, sau unfundament de beton în cazul debitelor mari. O astfel de construcţie prevedea unarbore lung de cuplare a motorului la pompă şi nişte semicuplaje cu mase şigabarite mari, cu buloane axiale de înşurubare. Aceste pompe aveau o construcţiemai simplă în cazul unui racord axial de aspiraţie şi unui racord radial de refulare.Însă această construcţie complică foarte mult asamblarea schemelor hidraulice alestaţiilor de pompare cu mai multe pompe şi măreşte spaţiile acestor staţii (fig.4.105)

Fig.4.105 Staţie de pompare cu pompe clasice de aspiraţie axială şi refulare radială

Pompele centrifugale moderne se caracterizează printr-o varietate mult maimare de tipuri şi construcţii mai avansate şi performante, de aceea ele se clasificădupă mai multe criterii. După destinaţia principală ele pot fi: de alimentare cuapă potabilă sau apă caldă, de circulaţie a apei fierbinţi în sistemele de încălzire, deevacuare a apelor murdare de canalizare, de condiţionare a aerului, de drenaj, pentru utilizări industriale, speciale şi casnice.

După mediul de instalare – pompe terestre şi submersibile (cufundate în apă); După modul constructiv de asamblare a motorului şi pompei – monobloc(pentru puteri şi debite mici), cu carcasă comună (standard – pentru puterimijlocii) şi carcasă divizată (pentru puteri mari şi debite până la 10000m3/h):




După presiunea – pompe monoetajate de presiune joasă cu o singur ă roată şipompe multietajate de presiune înaltă cu mai multe roţi, conectate în serie;

După modul de r ăcire a rotorului – cu rotor umed şi rotor uscat; După numărul rotoarelor – cu 1 rotor şi cu 2 rotoare; După modul de variaţie a vitezei de rotaţie - cu viteză constantă, variabilă în2-3 trepte constante şi lin variabilă în diapazon mare (25-100 %);

După modul de amplasare al flanşelor de intrare /ieşire – cu aspiraţie axială /refulare radială sau aspiraţie / refulare într-o linie dreaptă (in-line).Pompele centrifugale moderne cu construcţie separată, rotor uscat, aspiraţie

axială şi refulare radială standardizată au o utilizare limitată ( până la 500 m3/h şi10-15 bar) din cauza gabaritelor mari. În figura 4.106, a este ar ătată o astfel pompă de construcţie consolă [VeroNorm-NP a companiei germane WILO.Semicuplajele dintre motor şi pompă au protecţie, identificată prin culoare neagr ă.

a) b)Fig.4.106 Agregate de pompare de construcţie consolă VeroNorm (a) şi monoblocWilo –BAC (b) cu aspiraţie / refulare standardizată ale companiei germane WILO

Tendinţele actuale ale pompelor moderne sunt orientate spre o construcţiemonobloc mai compactă (fig.4.106, b) şi spre o aspiraţie /refulare în aceeaşi linie, caresimplifică mult montareconductelor hidraulice. În figura4.107 sunt ar ătate elementeleconstructive principale ale unuiagregat monobloc cu rotor uscatal motorului şi pompă cuaspiraţie /refulare în linie.Arborele de antrenare al pompeiare nevoie în acest caz de ogarnitur ă specială de etanşare(уплотнение ).

Fig, 4,107. Elemente constructive ale pompelor cu rotor uscat şi aspiraţie/refulare în aceeaşi linie WILO




Compania WILO produce pompe cu aspiraţie - refulare în linie până la 17000m3/h în toate variantele constructive: monobloc, carcasă comună, separată şidivizată axial (pentru debite foarte mari cu motoare de tensiune înaltă) (fig. 4.108).

Fig. 4.108. Pompe cu aspiraţie - refulare în linie monobloc, carcasă comună,separată şi divizată axial ale companiei WILO

Cele mai compacte pompe monobloc în linie însă sunt pompele cu rotorulumed, care pentru debite mici (până la 65 m3/h) permit o instalare direct peconducte, adică f ăr ă nici o carcasă sau fundament. Elementele constructive principale ale unei astfel de pompe sunt ar ătate în figura 4.109. Motorul şi pompa alcătuiesc în acest caz un singur bloc compact cu o cuplare directă a roţii pompei la rotorul motorului, f ăr ă nici o garnitur ă de etanşare. Rotorul şi rulmenţiilui sunt r ăciţi efectiv de lichidul de pompare, de aceea sunt executaţi din materialerezistente la corozie. Statorul este separat de lichid cu ajutorul unui pahar subţirede o grosime 0,1-0,3 mm, confecţionat din material nemagnetic. Având o r ăciremai intensiv

ă, aceste pompe permit puteri mai mari în acelea

şi gabarite, precum

şi

temperaturi relativ mai mari ale lichidului, posedă un nivel de zgomot redus, ceeace favorizează utilizarea lor în sistemele de încălzire şi alimentare cu apă caldă.




Însă aceste pompe au un randament mai mic şi necesită o instalare orizontală încomparaţie cu pompele cu rotorul uscat, care pot fi montate şi vertical.

Fig.4.109 Elemente constructive principale ale pompei monobloc cu rotorul umed

În figura 4.110 sunt ar ătate 3 variante ale pompelor WILO cu rotorul umed cumuf ă filetată – ClassicStar-RS şi racord de tip flanşă TOP-2 (5). Motoarele acestor pompe sunt monofazate sau trifazate şi prevăd 3 sau 4 trepte de viteză: 60-65 %,80-85 % şi 100 %, obţinute prin comutarea secţiilor înf ăşur ărilor statorice la unnumăr diferit de poli. Condensatorul pentru pornirea motoarelor monofazate seconectează în exterior.

Fig. 4.110. Pompe cu rotorul umed ale companiei WILO cu 3-4 trepte de viteză

Caracteristicile de catalog înălţime-debit H(Q) şi putere-debit PQ) ale pompelor Wilo TOP-5 100/10 şi Wilo - P 50/250, pentru 3 sau 4 trepte discrete deviteză, sunt prezentate în figura 4.111 prin linii îngroşate. În această figur ă suntindicate, de asemenea, prin linii subţiri caracteristicile parabolice ale căderilor de presiune în elementele reţelei hidraulice, propor ţionale cu Q2. Punctele deintersecţie ale acestor caracteristici determină regimul staţionar de funcţionare.




Fig.4.111 Caracteristici H(Q) şi P(Q) de catalog ale pompelor WiloTOP-5, Wilo-P

Pompele de circulaţie ale sistemelor de încălzire se utilizează, de regulă, în pereche şi conectare paralelă. Pentru aceste, precum şi pentru alte sisteme, au fostelaborate pompe duble - cu 2 rotoare ( agregate motoare - fig. 4.112, c),conectate paralel, care pot funcţiona separat sau concomitent. La o funcţionareseparată, agregatul al doilea se conectează în mod automat în caz de ieşire dinfuncţie a primului agregat, sau numai în orele de vârf (la sarcini maxime). Pentru aexclude recirculaţia prin agregatul deconectat, pompele duble prevăd la ieşire osupapă comutatoare cu 3 poziţii; I, II şi I+II (fig. 4.112, a,b).

a) b)Fig. 4.112. Principii de

conectare a agregatelor şi exemplu de pompădublă Wilo –TOP-SD




O grupă aparte o alcătuiesc pompele de înaltă presiune - multietajate (cu maimulte roţi centrifugale, cuplate în serie) obişnuite (fig. 4.113) şi submersibile (fig.4.114). Primele asigur ă o ridicare a apei până la 120-240 m, iar ultimele – 500 m.

Fig. 4.113. Pompe multietajate de înaltă presiune ale companiei WILO

a)Fig. 4.114. Pompe

submersibile casnice (a) cu

diametru 72-75 mm,motoare monofazate şi pompe submersibile dincupru pentru debite mari(până la 1000 m3/h),înălţimi de ridicare mari(până la 400-500 m), culungimi 0,5-4 m şimotoare trifazate de puteri1-160 kW pentru diametre80, 100, 150, 200 şi 300mm ale puţurilor




4.5.2 Pompe moderne cu convertizoare integrate de frecvenţă variabilă

Convertizoarele moderne de frecvenţă variabilă (CFV), cu performanţele lor tehnice şi de gabarit deosebite, au f ăcut în ultimii ani o revoluţie în tehnica de pompare. Ele au fost integrate în carcasa agregatelor de pompare împreună cu

traductoarele de presiune (debit) şi cu sistemele de reglare automată a acestor parametri. Ca urmare, pompele clasice au că pătat noi proprietăţi, devenind niştesurse reglabile şi flexibile de energie hidraulică, fiind numite şi pompe inteligente.

Prima firmă, care a propus această integrare constructivă a echipamentelor menţionate de automatizare în agregatele de pompare a fost companiaGRUNDFOS. Apoi au fost propuse diferite principii şi legi de reglare automatăoptimă a vitezei agregatelor de pompare, mai ales pentru sistemele de încălzire şicondiţionare a aerului. Ca urmare, randamentul şi eficacitatea acestor sisteme acrescut, fiind economisite până la 25 % din energia termică şi electrică consumată.

Ţinând cont de utilizarea în masă a acestor sisteme, creşterea eficacităţii lor economice este destul de importantă, mai ales pentru acele ţări, în care energiaelectrică este relativ scumpă. Germania, spre exemplu, a introdus prin standardelede Stat o utilizare obligatorie în sistemele de încălzire a reglării turaţiei tuturor pompelor de circulaţie cu puteri termice mai mari de 25 kW.

În figura 4.115 sunt prezentate 2 caracteristicile hidraulice ale pompeiHP(Q) pentru o turaţie nominală N nn şi pentru o turaţie subnominală n < N n , precum şi caracteristica reţelei hidraulice HR (Q) cu o înălţime statică HST,=constşi cu căderi variabile de presiune pe rezistenţele hidraulice ale reţelei, dependente

de debit Qhi . Aceste caracteristici pot fi descrise analitic doar aproximativ: Qh

nn

H Q H i N

P

2

0)( ;

Qh H Q H iST R )( ,

unde 0 H - înălţimea maximă de ridicarea apei pentru un debit Q = 0 (cu vanăînchisă la ieşire); ST H - înălţimea statică,egală cu înălţimea geografică, la care apa

este ridicată de pompă; 2

Q RQh Hii -căderile de presiune pe toate rezistenţelehidraulice ale pompei şi reţelei Hi R ,condiţionate de frecările apei pe por ţiuniliniare şi cotite, pe supape, robinete şialte elemente de vehiculare a apei înconducte. Fig. 4.115 Caracteristici H(Q) ale pompei şi reţelei

Intersecţia acestor caracteristici determină punctul static de funcţionare cucoordonatele (Hi,Qi) pentru un debit unic QP =QR = Q. În punctul nominal

A(H N,Q N) pompa are un randament (maxim): max N . Dacă debitul reţeleihidraulice (RH) se micşorează, de exemplu, până la o valoare Qi=Q1., şi dacăviteza pompei ar fi constantă, presiunea ar creşte până în punctul B(H1Q1). Ca

Q

H(Q)

0 H 1 H

N H

1Q N Q

B

A

ST H

0

H

ih

)(Q H R

)(Q H P

N n




urmare, în reţea ar creşte pierderile hidraulice cu o valoare, propor ţională cu presiunea diferenţială p :

p pQ H gQQ H Q H g P N H 11111 .

Însă la o alimentare a agregatului de pompare (AP) de la un convertizor defrecvenţă variabilă (CFV), comandat de regulatorul de presiune (RP) al bucleiînchise, creşterea menţionată a presiunii este exclusă, deoarece traductorul (TP) şiregulatorul de presiune (fig. 4.116, a) controlează permanent abaterea presiuniireale de la cea prescrisă (nominală), menţinând-o nulă şi stabilizând astfel presiunea p=const şi înălţimea H=H N=const prin micşorarea turaţiei motorului şi pompei până la valoarea n=n1 (f ig. 4.115). Caracteristica modificată HP(Q) pentrun=n1 în acest caz se deplasează paralel în jos, ceea ce condiţionează o reducere a puterii electrice consumate, propor ţională cu înălţimea diferenţială H . De aceeaacest principiu de reglare şi stabilizarea automată a presiunii a că pătat denumireade legea c p (fig. 4.116, b).

a) b)

Fig.4.116. Schema bloc şi principiul de reglare al legii const p

Diapazonul maxim de reglare a turaţiei poate fi obţinut, egalând expresiilecaracteristicilor pompei şi reţelei în punctul (H=HST, Q=0) :

ST N

MIN H n

n H

2

0 , de unde obţinem:0 H

H n

n ST

N

MIN , iar ca urmare –

şi diapazonul maxim de reglare a turaţiei pompei0

11 H H

nn

D ST

N

MIN

Reducerea puterii C P , sau a consumului de energie electrică W , se calculează: pQ H gQ P iiCi

iCii t P W ,unde C M P - randamentulsumar al pompei, motorului şiconvertorului; it - intervalul detimp cu un debit Qi din

diagrama de sarcină a pompeiîn timp de 24 h (fig. 4.117);Fig. 4.117. Diagrama de sarcină a pompei în decurs de 24 ore

RP CFV AP RH

TP




Înălţimea maximă H0 depinde de construcţia pompei şi de turaţia ei. Pentru pompe de apă curată H0 ≈ (1,2 – 1,3) H N, unde valoarea mai mare corespundeturaţiei sincrone 3000 rot/min. Pentru pompe de apă murdar ă de canalizare H0 ≈(1,4 – 1,5) H N, deoarece ele au un spaţiu mai mare dintre roata de lucru şi carcasă.Ca urmare, reducerea maximă posibilă a consumului de energie electrică în cazul

reglării automate a turaţiei cu ajutorul CFV nu poate depăşi pentru pompele dealimentare cu apă curată 20-30 %, iar pentru pompele apelor de canalizare – 40-50%. Însă această reducere a energiei electrice se datorează nu numai excluderii pierderilor hidraulice exterioare din reţea ( p =0), ci şi micşor ării pierderilor dininteriorul pompei. La o micşorare a debitului de consum, valoarea randamentuluimaxim al pompei se micşorează par ţial şi se deplasează în stânga (fig. 4.118). Deexemplu, dacă randamentul nominal al pompei, la o turaţie nominală de 1500rot/min, constituie 68 %, atunci la micşorarea debitului cu 50 %, acest randamentscade până la 47 % , iar la 1400 rot/min el scade numai până la 60 %.

Fig. 4.118. Dependenţa randamentului pompei centrifugale de debitul şi turaţia eiŢinând cont, că odată cu reducerea reală a consumului de energie electrică cu

15-20 % se micşorează totodată şi consumul de apă, sau de energie termică însistemele de încălzire, cu 5-10 %, convertizoarele de frecvenţă se r ăscumpăr ă în 1-2 ani. Acest lucru a fost înţeles de conducerea tehnică a SA „APĂ-CANAL”Chişinău, care a echipat toate staţiile sale de pompare a apei potabile şi decanalizare cu convertizoare de frecvenţă ale diferitor producători.

Diferite companii au propus şi altelegi raţionale de reglare tehnologicăautomată a pompelor sistemelor deîncălzire, alimentare cu apă caldă, r ăcire şicondiţionare a aerului. Una din aceste legieste legea v p (variabil), principiul sereglare al căreea este ar ătat în figura4.119. În acest caz presiunea scade propor ţional cu debitul, însă nu mai multde 50 %. Fig. 4.119. Principiul de reglare al legii v p




Această lege de reglare propor ţională poate fi realizată prin mai multe variante,de exemplu prin aceeaşi structur ă a buclei de reglare automată, înlocuind reacţienegativă de presiune printr-o reacţie pozitivă de debit. Aceasta din urmă poate fiobţinută, folosind acelaşi traductor de presiune, semnalul căruia se trece printr-unelement de extragere a r ădăcinii pătrate, deoarece H Q .

În figura 4.120 sunt prezentate familii de caracteristici hidraulice ale pompelor Wilo TOP–E80/1-10 pentru o lege c p şi v p . Prin linii parabolicesubţiri sunt reprezentate caracteristicile reţelei. Toate aceste legi, evident suntraţionale pentru sistemele cu debit variabil Q=var.

Fig. 4.120. Caracteristici hidraulice ale pompelor cu rotor umed Wilo TOP–E80/1-10 pentru legi de reglare tehnologică c p şi v p

O altă lege tehnologică de reglare automată a agregatelor de pompare este

legea de reglare a înălţimii sau presiunii diferenţiale în funcţie de temperaturaagentului termic sau frigorific T p (T=const). Această lege este utilizată pentrusistemele de încălzire, r ăcire şi condiţionare a aerului cu un debit Q=const. Ea esterealizată cu o structur ă asemănătoare celei din figura 4.116, în care traductorul de presiune se înlocuieşte cu un traductor de temperatur ă, care controleazătemperatura agentului termic în conducta de retur a sistemului de încălzire.

Această lege poate avea 2 principii inverse de reglare automată a presiunii(înălţimii) şi stabilizare a temperaturii agentului termic într-un diapazon necesar dela Tmin şi până la Tmax, modificând turaţia agregatului de pompare (fig. 4.121, a).

Primul este destinat pentru sistemele centralizate de încălzire comunală cu apăfierbinte în calitate de agent termic. El asigur ă o acordare optimă a acestui sistemla variaţiile curente ale temperaturii mediului ambiant TMed şi la consumul real al




reţelei de energie termică, utilizând pentru aceasta un consum minim de energieelectrică a agregatelor de pompare. În acest caz este limitat nu numai diapazonulde temperaturi stabilizate, ci şi diapazonul de înălţimi HS min şi HS max, necesar pentru o circulaţie normală a apei fierbinţi. Sistemul se acordează la regimul desarcină maximă: la o temperatur ă de stabilizare Tmax a agentului din conducta retur,

la o înălţime (presiune) maximă HS max şi la o temperatur ă minimă a mediuluiexterior TMed min.. În caz dacă temperatura mediului creşte, regulatorul detemperatur ă al convertizorului de frecvenţă micşorează automat turaţia, înălţimeaşi consumul de energie electrică al agregatului (prin săgeata îndreptată în jos), însănu mai jos de HS min şi Qmin. În cazul utilizării unui controler de automatizare,consumul de energie electrică poate fi redus în timpul nopţii, micşorând, deexemplu, temperatura agentului termic de la 60ºC la 40ºC(fig. 4.121, b).

a)

b)Fig. 4.121. Principiile legii T p =constant şi realizarea ei în 24 ore




Primul principiu poate fi utilizat, de asemenea, şi pentru sistemele de încălzire(climatizare) cu aer cald a halelor industriale mari, conform schemelor indicate în paragraful precedent. În acest caz aerul este încălzit cu arzătoare de gaz saumotorină, fiind suflat de ventilatoare şi repartizat în hale printr-un sistem deaeroconducte, montate sub plafon.

Cel de-al doilea principiu este prevăzut pentru sistemele frigorifice sau decondiţionare aerului în regim de răcire, care are un algoritm direct propor ţional dereglare a turaţiei şi presiunii agentului în funcţie de temperatura mediului ambiant(săgeata caracteristicii HS(TMewd) din figura 4.120 este îndreptată în sus). În cazulr ăcirii unei hale industriale în timp de var ă, odată cu creşterea temperaturiimediului, regulatorul de temperatur ă al convertizorului măreşte turaţia şi presiuneade circulaţie a agentului frigorific în scopul stabilizării temperaturii interioare.

A patra lege tehnologică de reglare automată a turaţiei pompelor este cea destabilizare a debitului Q=const. Ea se utilizează mai mult în liniile tehnologice

industriale. Toate aceste legi stau la baza panourilor de şi automatizare ale pompelor individuale şi staţiilor cu mai multe agregate, conectate paralel.Compania germană WILO produce o nomenclatur ă mare de pompe de putere

mică cu rotorul umed sau uscat, cu 1 agregat sau 2 agregate (motoare), integrate cuconvertizoare de frecvenţă. În figura 4.122 sunt prezentate pompele cu rotor umedde putere mică Wilo Stratos cu un singur motor şi Wilo TOP-ED cu 2 agregate paralele cu rotor umed, precum şi Wilo CronoLine – IL– E cu rotor uscat.

Fig. 4.122. Agregate de pompare de mică putere integrate cu convertizoare defrecvenţă ale companiei WILO

Stratos este una din cele mai eficiente serii de pompe cu rotorul umed,deoarece este realizată cu motoare sincrone cu magneţi permanenţi pe rotor, careau randament mai înalt decât motoarele asincrone datorită excluderii pierderilor înrotor. Pentru o rotire sincronă a rotorului şi câmpului statoric, tranzistoareleinvertorului autonom sunt comutate cu o frecvenţă, impusă traductorul de poziţieal rotorului (acest principiu mai este numit ECM – motor de curent continuu cu

comutaţie electronică ). Aceste pompe sunt destinate pentru sisteme de încălzire,climatizare şi r ăcire în case de locuit până la 6-7 familii şi clădiri comerciale.




Compania GRUNDFOS produce pompe cu turaţie reglabilă cu CFV integrateîntr-o gamă şi mai largă de puteri – până la 45 kW. Una din modificaţiile pompelor de circulaţie UPS-200 cu rotor umed de putere mică a fost deja menţionată, fiindutilizate în punctele termice ale companiei Danfoss (fig. 4.23). Unele agregateintegrate TPE cu rotor uscat şi cu puteri până la 45 kW sunt ar ătate în figura

4.123. Ele se produc în 2 serii principale: TPE 1000 şi TPE 2000. Prima serie este prevăzută pentru realizarea tuturor legilor tehnologice de reglare, menţionate maisus, iar seria 2000 – numai pentru legea de stabilizare a presiunii c p .

Fig. 4.123. Agregate de pompare TPE integrate cu convertizoare de frecvenţă alecompaniei GRUNDFOS

Un avantaj deosebit al seriei TPE şi UPS îl constituie integrarea adăugătoare atraductorului de presiune în partea de refulare. Ca urmare, aceste agregate conţintoate elementele, necesare unui sistem de stabilizare automată a presiunii – pompa,motorul, convertizorul şi traductorul, ceea ce simplifică implementarea în practică.




Asamblarea tuturor elementelor componente principale ale acestor agregate estear ătată în figura 4.124. În partea de sus este amplasat modulul de comandă şiinterfaţă pentru o funcţionare în reţea de automatizare cu controlere programabile.Sub acest dispozitiv este montat convertizorul de frecvenţă, iar încă mai jos – motorul standardizat. În partea inferioar ă este cuplată pompa cu ambele racorduri

în aceeaşi linie, iar traductorul de presiune este montat în racordul de refulare.

Fig. 4.124. Asamblare elementelor componente principale ale agregatelor TPE

Toate aceste agregate mai prevăd o telecomandăde la distanţă, însă preţul lor este relativ mare – 2200-12000 Euro pentru puteri 1,1-22 kW.

Compania Grundfos produce şi alte modificaţiide pompe integrate cu convertizoare, destinate pentru sisteme de încălzire (MAGNA – fig. 4.125),de ridicare a presiunii (în variantă multietajată), dedozare, precum şi pompe standardizate,submersibile, de drenaj şi speciale. Nu lipsesc nici

instalaţiile automatizate cu mai multe pompe.Fig. 4.125. Pompe de circulaţieMAGNA seria UPE 2000




4.5.3 Instalaţii moderne şi staţii automatizate de pompare

Companiile WILO şi GRUNDFOS produc, de asemenea, o nomenclatur ă marede instalaţii automatizate de pompare şi staţii cu mai multe pompe, compactasamblate şi gata pentru utilizare în clădiri de locuit sau în aplicaţii industriale. Ele

includ tot echipamentul necesar pentru automatizare, reglare, protecţie, indicare.Pentru alimentarea cu apă a caselor private cu câteva etaje, precum şi pentruirigarea gr ădinilor sau vilelor, multe companii produc diferite agregate casnicesimplificate şi uşor transportabile cu resiver de 20/50 l şi membrană interioar ă, presostat de automatizare şi manometru de indicare (fig. 4.126, a), sau cu rezervor de acumulare de 120 l (fig. 4.126, b). Primele permit aspiraţia apei din fântâniadânci până la 8-9 m, fiind prevăzute cu clapete de reţinere a apei la deconectareamotorului monofazat. Furtunul de refulare este îmbr ăcat cu o manta de oţel.Resiverul permite o amortizare a oscilaţiilor presiunii, necesar ă pentru limitarea

frecvenţei maxime de comutaţie a motorului la comanda automată a presostatului.În figura 4.127 sunt prezentate 2 agregate automatizate de ridicare a presiunii.

Fig.4.126 Agregate de pompare automatizate şi nereglabile pentru utilizări casnice

Fig. 4.127. Agregate automatizate de ridicare a presiunii cu o singur ă pompă




În figura 4.128 sunt prezentate mai multe variante se instalaţii sau staţii de pompare cu 2, 3 sau 4 pompe nereglabile sau reglabile în frecvenţă, cu agregateorizontale sau verticale. Agregatele orizontale sunt destinate pentru presiuni relativmai mici, iar agregatele verticale – pentru presiuni mai mari. Aceste instalaţii au oconstrucţie compactă, fiind montate pe o ramă comună împreună cu conductele de

aspiraţie - refulare din oţel inoxidabil, resiverul de amortizare a oscilaţiilor de presiune, supapele de reţinerea circulaţiei inverse a apei, presostatul sau traductorulde presiune, manometrul şi panoul programabil de automatizare şi protecţie amotoarelor cu microcontroler. Acest microcontroler asigur ă protecţia motoarelor şiconectarea sau deconectarea consecutivă a pompelor în funcţie de debitul deconsum şi presiunea de ieşire, precum şi în funcţie de regimul ales.

Fig.4.128 Instalaţii automatizate de pompare cu 2-4 pompe reglabile şi nereglabile




Compania WILO a elaborat mai multe variante de panouri de automatizare aleinstalaţiilor şi staţiilor de pompare cu 1-6 pompe paralele ale sistemelor dealimentare cu apă potabilă. Panoul simplificat ER (Regulator economic) prevedeautomatizarea a unei staţii cu 2, 3 sau 4 pompe nereglabile până la 4 kW fiecare(fig. 4.129). Caracteristicile H(Q) ale staţiei şi reţelei cu funcţionarea a 1-3 pompe

paralele şi algoritmul de comutare al lor sunt ar ătate în figura 4.130.

Fig. 4.129. Partea frontală a panoului de automatizare ER pentru 2-4 pompe

Fig. 4.130. Caracteristici H(Q) ale staţiei cu 1-3 pompe paralele şi panou ER




Partea frontală a panoului prevede întrerupătorul principal 1, comutatoarele 2 şi3 de alegere a regimului „Manual / Automat” sau numărului pompei respective înregim automat: 1, 2, 1+2 sau 3, 4, 3+4 (fig. 4.129). Funcţionarea staţiei este blocată în cazul unei presiuni insuficiente la intrare, când se aprinde indicatorulroşu 4, iar indicatoarele luminiscente de culoare verde 5 (continuă sau licăritoare)

identifică starea fiecărei pompe în regim normal sau de avarie. Pompa următoare(de vârf) se conectează în caz dacă presiunea reală de la ieşirea staţiei scade subvaloarea pmin şi se deconectează în caz de presiunea depăşeşte valoare pmax1.Aceste comutaţii sunt temporizate cu o pauză reglabilă 0-2 min pentru a exclude procesele tranzitorii de variaţie a presiunii şi frecvenţele eventuale mari decomutaţie ale pompelor. Pompa de bază aleasă se deconectează doar la o scăderetotală a debitului şi o creştere a presiunii până la valoarea pmax2 (fig. 4.130).Motorul fiecărei pompe este protejat în funcţie de curentul consumat şi detemperatur ă reală, controlată cu ajutorul unui senzor pozitiv PTC.

Panourile CR (Confort regulator) asigur ă o automatizare a unei staţii cu 1-6 pompe cu puteri până la 7,5 kW, dintre care una (de bază) este reglată de unconvertizor de frecvenţă, iar celelalte 5 pompe sunt nereglabile, fiind prevăzute pentru o alimentare directă de la reţea. Panoul CRn este destinat pentru o reglareautomatizată a tuturor n – pompelor cu convertizoare de frecvenţă pentru sistemede alimentare cu apă, încălzire, condiţionare a aerului după toate legile de reglaretehnologică automată, menţionate în punctul precedent.

Panoul CR prevede mai întâi o conectare a unei pompe de bază (1-6) laconvertizorul de frecvenţă, însă celelalte pompe nereglabile se conectează, sau sedeconectează consecutiv şi cu o temporizare dorită în caz dacă la pompa reglabilăa atins puterea maximă sau minimă, iar presiunea totuşi se abate de la valoarea prescrisă Wi cu SΔa sau -SΔa ( fig. 4.131). Sistemul prevede 2 valori de prescriere – Wi1 interioar ă, sau în timpul zilei, şi alta Wi2 exterioar ă, sau în timpul nopţii.

Fig. 4.131. Caracteristici H(Q) ale staţiei cu 1-3 pompe paralele şi panou CR




În caz de necesitate a conectării pompei următoare, se conectează acea pompă,care are un timp de funcţionare mai mic. Pentru o uzare uniformă a tuturor pompelor, sistemul de automatizare prevede pentru regimul pompei reglabile de bază o rotaţie a pompelor 1-6 în funcţie de timpul lor de funcţionare. În caz dedefectare a convertizorului, pompa respectivă se transfer ă la o alimentare directă

de la reţea, iar în caz de defectare a unei pompe nereglabile, se conecteazăurmătoarea pompă din cele de rezervă. Sistemul controlează, de asemenea, şi presiunea de intrare a staţiei, deconectând sau conectând automat pompele în cazde dispariţie sau apariţie a valorii necesare de presiune. El asigur ă şi alte protecţii.

Partea frontală a panoului CR conţine un indicator digital 1 cu 4 rânduri şi 16simboluri pentru afişarea stării pompelor, convertizorului şi regulatorului (fig.4.132). Tasta 2 asigur ă o intrare în meniuri sau submeniuri, tasta 3 – o prescriere a parametrilor necesari, iar tasta Return (OK) 4 – o confirmare a alegerii f ăcute.Indicatoarele luminiscente 5-7 semnalizează starea normală sau de avarie.

Fig. 4.132. Partea frontală a panoului CR de automatizare a 1-6 pompe

Panoul CRn prevede o pompă în regim de „Pilot” (de bază), iar celelalte pompereglabile pot avea o prescriere constantă mai mică decât cea nominală. Acest panouinclude un taimer special, care are funcţia de a programa semnalele de prescriere înfuncţie de cele 7 zile ale să ptămânii (de lucru sau de odihnă), precum şi în timp de24 de ore (zi sau noapte), schimbând automat timpul de var ă sau iarnă. Acest lucrueste necesar în sistemele de încălzire cu o reglare a turaţiei pompelor în funcţie detemperatur ă.




În figura 4.133 este ar ătată o staţie compactă cu 6 pompe paralele, conectate lacolectoarele de intrare şi ieşire, şi automatizate cu panoul CR.

Fig. 4.133. Staţie modernă cu 6 pompe paralele şi panou CR ale companiei WILO




Companiile Grundfos şi Wilo produc, de asemenea, pompe submersibile pentru drenaj (evacuarea apelor murdare din bazine şi subsoluri) cu înălţimi deridicare 10-50 m (fig. 4.134) şi pompe instalate pe uscat şi submersibile pentrustaţii de canalizare şi epurare a apelor riziduale cu fecaloide (fig. 4.135). Unele pompe submersibile pentru ape reziduale conţin un dispozitiv de tăiat, care reduce

dimensiunile elementelor solide pentru o transportare mai uşoar ă a lor.

Fig. 4.134. Pompe submersibile pentru drenaj ale companiei WILO

Fig, 4,135. Pompe submersibile pentru ape de canalizare ale companiei WILO




Compania WILO propune diferite soluţii pentru staţii de canalizare, în particular: cu montare uscată (în exteriorul rezervorului de acumulare a apelor reziduale) sau submersibilă (în interiorul rezervorului) a pompelor de evacuare aacestor ape, precum şi diferite variante de separare a impurităţilor (fig.4.136).

Fig. 4.136. Variante de montare a pompelor submersibile ale staţiilor de canalizare

În figura 4.137 este prezentată o vedere generală a aerotancurilor (bazinelor) decur ăţire biologică (prin microorganisme) a apelor reziduale unei staţii de epurare.

Fig.4.137Aerotancuri de cur ăţire biologică prin microorganisme a apelor reziduale




Pentru centrele rurale, raionale şi or ăşeneşti ale Republicii Moldova principalele surse de apă potabilă sunt cele subterane, iar pentru oraşul Chişinău – râul Nistru. Extragerea ei se efectuează cu ajutorul staţiilor de pompare de primaridicare, echipate cu pompe submersibile în cazul surselor subterane, sau cu pompe centrifugale cu montare uscată în cazul râului Nistru (fig. 4.138).

Fig. 4.138. Principiul de alimentare cu apă al staţiilor de primă ridicare cu pompecentrifugale cu montare uscată

Apa subterană este curată şi nu necesită nici o prelucrare sanitar ă, de aceea este pompată direct în rezervorul staţiei de a doua ridicare. Apa din râul Nistru însăeste dezinfectată în rezervoarele deschise din s. Chiţcani (r. Criuleni). Din acesterezervoare ea este pompată apoi la staţia centrală a or. Chişinău, care se află lamarginea microraionului Ciocana Nouă. Apa este acumulată la această staţie înnişte rezervoare acoperite foarte mari, de unde ea este apoi pompată cu motoareasincrone de puteri 800-1250 kW şi tensiune înaltă 6 kV în rezervoarele staţiilorraionale de a doua ridicare – Buiucani, Valea Dicescu, Botanica (fig. 4.139).Aceste staţii sunt înzestrate cu 5-7 pompe cu motoare de diferite puteri – 75 - 250kW, 0.4 kV, presiuni (5-9 bari) şi productivităţi, deoarece relieful oraşului estediferit. Majoritatea clădirilor de locuit şi a organizaţiilor, (cu excepţia celor guvernamentale, care au o staţie separată cu pompe submersibile pe malul râuluiBîc), sunt alimentate de aceste staţii raionale de a doua ridicare. Pompele acestor staţii sunt adâncite în pământ la un aşa nivel, încât apa din rezervor să curgă liber la intrarea lor, ceea ce simplifică pornirea lor.

Fig.4. 139. Principiu de alimentare cu apă al staţiilor de a doua ridicare




În figura 4.140 este ar ătată amplasarea celor 5 agregate centrifugale de 200kW, 630 m3/h ale staţiei de pompare Telecentru de a treia ridicare. Fiecareagregat este montat pe un fundament ridicat de beton. Această staţie este dotată cuun convertizor static (CSF) de frecvenţă VLT 6000 HVAC al companiei Danfoss,care asigur ă stabilizarea presiunii necesare în reţea la o variaţie a debitului de

consum, fiind amplasat lângă dulapurile de comandă ale pompelor nereglabile.

Fig. 4.140 Amplasarea agregatelor staţiei de pompare a microraionului Telecentru

Clădirile cu un număr mare de etaje (16-20) sunt alimentate de la staţiiindividuale de a patra ridicare cu pompe de productivitate mult mai mică, însăcu o presiune mai mare(>10 bari sau cu o înălţime de ridicare > 100 m), obţinută printr-o conectare în serie a pompelor. În ultimul caz presiunea de intrare a acestor pompe o constituie presiunea staţiilor de a doua sau a treia ridicare. – 5-7 bari.




4.5.4 Exemple de calculare şi modelare a sistemelor de reglare automată apresiunii şi nivelului instalaţiilor de pompare cu turaţie reglabilă

Utilizarea în masă a instalaţiilor de pompare cu turaţie reglabilă, menţionatemai sus, este destinată în majoritatea cazurilor stabilizării presiunii lichidelor în

conducte sau nivelului în rezervoare în scopul reducerii consumului de energieelectrică şi de apă. De aceea calculul şi acordarea acestor sisteme de reglareautomată capătă o importanţă deosebită, în primul rând la implementarea lor în practică. Acest calcul poate fi efectuat, utilizând aceleaşi principii, ca şi în cazulsistemelor de reglare automată a temperaturii din punctul 4.1.1, şi aceeaşi schemăgenerală din figura 4.41. Traductorul, regulatorul şi reţeaua de temperatur ă, înacest caz se înlocuiesc cu un traductor, regulator şi reţea de presiune sau de nivel.

Evident, că descrierea matematică şi funcţiile de transfer ale convertizorului defrecvenţă, motorului (acţionării electrice - AE) şi agregatului de pompare nu se

schimbă. În particular, pentru un motor de 200 kW şi o turaţie de 1475 rot/min(154,4 rad/s), care roteşte o pompă cu un debit nominal 630 m3/h (0,175 m3/s) şio înălţime nominală de 90 m (o presiune de 9 bari), funcţia de transfer a acţionăriielectrice

s sT

K sU

s s H

AE

AE

p AE 21

44,151 ,

Unde tensiunea de prescriere maximă a convertizorului UP max=10V; iar coeficientul

sV rad

U K

p

N AE 44,15

104,154

max.

şi

constanta de timp TAE=2 s.Debitul pompelor variază direct propor ţional

cu viteza de rotaţie a lor - Q≡ω, de aceeacaracteristicile statice H(ώ,Q) sunt paralele (fig.4.128), iar funcţia de transfer a lor în raport cuturaţia ω este o mărime constantă:

300113,04,154

175,0m

Qk

s sQ

s H N

N P

.

Fig. 4.141. Caracteristici H(ώ,Q) ale pompei şi reţeleiÎnsă debitul pompelor depinde nu numai de viteză, ci şi de presiunea reţelei, care

se opune creşterii lui şi invers. Această dependenţă reciprocă este deja dinamică şineliniar ă, identificată prin ecuaţia fundamentală de variaţie a presiunii înfuncţie de variaţiile debitelor pompei Q(t) şi de consum al reţelei QC(t)

dt dp

C t pQt pQ RP C ,,, ,

unde CRP = dV/dp - capacitanţa reţelei de presiune, măsurată în

bar m

Pam

kg sm 3324

. care caracterizează capacitatea de comprimare a volumului

lichidului reţelei dVRP sub acţiunea presiunii dp şi care reprezintă coeficientul de propor ţionalitate dintre viteza de variaţie dp/dt şi diferenţa Q(ω,p,t) - QC(p,t).

Q

H

ST H

1n2n3n

RT H

0

H




De exemplu, pentru o reţea a unui microraion cu o presiune nominală p N =7,5x105 Pa =7,5 bari şi un volum VRP= 45 m3 , capacitanţa CRP se calculează:

CRP= SRP/gγ = VRP/p N = 45/7,5 = 6 m3/bar O ecuaţie fundamentală similar ă este specifică şi pentru instalaţiile de pompare

ale staţiilor de canalizare cu stabilizarea nivelului apei în rezervorul de acumulare:

dt dhS t pQt pQ RC ,,, ;

unde SR =VR /hRN – suprafaţa rezervorului,⌠m2⌡, care serveşte ca coeficient de propor ţionalitate dintre viteza de variaţie a nivelului dh/dt şi diferenţa debitelor deintrare şi ieşire Q(ω,p,t) - QC(p,t); VR – volumul rezervorului; hRN- adâncimeanominală a rezervorului. Dacă presupunem un rezervor cu un volum VR =72 m3

şi o înălţime hRN =2,4 m, atunci suprafaţa SR = 30 m2.

Aceste 2 ecuaţii diferenţiale dinamice sunt neliniare, de aceea funcţiile detransfer ale reţelei de presiune sau rezervorului pot fi determinate printr-o abatere

mică Q de la regimul staţionar nominal Q N, în care debitul pompei depinde devitezaω şi de presiunea p sau nivelul h: pk QQ pk k Q p

pQQ

QQQ pQ P N p N N N

,

hk QQhk k QhhQQ

QQQhQ h N h N N N

,

unde N

N QQQk

- coeficientul de variaţie a debitului la o variaţie a

vitezei ω = var şi la o presiune constantă p=const, care a fost calculat mai sus;

bar sm

pQ

p pQ

p pQ

pQ

pQk

N

N

N N

N

N

N p

3

0078,09175,0425,025,10 -

coeficientul de variaţie a debitului la o variaţie a presiunii p = var şi la o viteză ώ =const, care este egal cu rigiditatea caracteristicii H(ω,Q) .

073,04,2

175,0 N

N h h

QhQ

hQ

k s

m2

- coeficientul de variaţie inversă (cu

semnul minus) a debitului la o variaţie a nivelului h = var şi la o viteză ώ = const ;Dacă introducem ultimele relaţii în ecuaţiile fundamentale iniţiale şi dacă ţinem

cont, că pQQ C N , atunci obţinem următoarele relaţii ale rezervorului şi reţelei

de presiune în abateri şi în formă operaţională: s p sC s pk sQ sQ RP pC

; sh sS shk sQ sQ RhC

,de unde se obţin funcţiile de transfer ale reţelei de presiune sau rezervorului, înraport cu semnalul de comandă (de viteză):

s sT

k sT

k

sC k sQ s p

s H RP

RP

RP

p

RP p 7710145,0

11

11

,

s sT

k sT

k sS k sQ

sh s H R

R

R

h

Rh 41110155,0

11

11

;




Unde sk

C T

p

RP RP 77

078,06 - constanta de timp a reţelei de presiune;

82,12078,011

p RP k k s bar – coeficientul de transfer al reţelei.

sk

S T

h

R R 411

073,0

30 - constanta de timp a rezervorului;

7,13073,011

h R k k m s – coeficientul de transfer al rezervorului,

Traductoarele de nivel şi de presiune pot fi reprezentate ca elemente propor ţionale. Ele au un diapazon standardizat al semnalului de ieşire 4-20 mA sau0-10 V, precum şi valori nominale standardizate. Traductorul de nivel poate fi alescu o valoare standardizată de 4,0 m, iar traductorul de presiune – cu o valoarestandardizată de 10 bar. Ca urmare, coeficienţii standardizaţi de transfer ai lor

11010

s p sU

k

N

N SP , V/bar ;

5,2

410

sh sU

k

N

N SN , V/m;

Ţinând cont, că valorile standardizate nominale ale semnalelor de prescriere aleregulatoarelor tehnologice sunt egale, de obicei, cu 10V, semnalele de ieşire aletraductoarelor de nivel şi presiune trebuie calibrate cu ajutorul unor dispozitive decalibrare. Coeficienţii de amplificare ale acestor dispozitive trebuie să fie egale:

.33,15.71

1010 N SP

CP pk k ; 66,1

4,25,21010

N SN CN hk

k .

Coeficientul sumar al traductorului de presiune33.133,11

CP SP TP k k k V/bar

Coeficientul sumar al traductorului de nivel15,466,15,2 CN SN TN k k k V/m

Aşa dar, obiectul de reglare (OR) al regulatoarelor de presiune sau nivelconţine 2 constante aperiodice de timp diferite: una mică - TAE, care nu secompensează, şi alta mare - TRP, sau TR , care trebuie compensate cu ajutorulregulatoarelor. Conform criteriului modulului de acordare optimă a regulatoarelor, procesele dinamice sunt garantate optime, dacă în aceste cazuri se alege o funcţie propor ţional – integrală (PI) cu constanta izodromă şi de integrare egale :

sT

sT s H

I

IZ RT

1 ; TIZ = TOR ; TI = 2 k OR TAE

Pentru regulatorul de presiune (RP) sT P IZ 77 ; s x xT k k k k T AE TP RP AE IP 2,1233,182,122200113,044,1522

Coeficientul de amplificare al componentei propor ţionale a acestui regulator

16,642,1

77 P I

P IZ P P T

T k

Pentru regulatorul de nivel (RN) sT N IZ 411 ; s x x xT k k k k T AE TN R AE IN 1215,47,1300113,044,1522

Coeficientul se amplificare al componentei propor ţionale a regulatorului de nivel411

1411

N I

N IZ N P T

T k




Schema structurală a sistemului calculat de reglare automată a presiunii, cuun coeficient k PP de 2 ori mai mic, este ar ătată în figura 4.142, iar în figura 4.143este reprezentat procesul tranzitoriu al acestui sistem la umplerea reţelei.

Fig. 4.142. Schema structurală a sistemului de reglare automată a presiunii

Fig. 4.143. Procesul tranzitoriu SRA a presiunii la umplerea reţelei

Schema structurală şi procesul tranzitoriu al sistemului de reglare automată anivelului sunt ar ătate în figurile 4.144-4.145.




Fig. 4.144. Schema structurală a sistemului de reglare automată a nivelului

Fig. 4.145. Procesul tranzitoriu SRA a nivelului la umplerea rezervorului

Un program mai simplu de modelare la calculator a SRA este programulКОПРАС, elaborat de profesorul catedrei de Automatică UTM Balabanov A. [4].



4.6 Sisteme de dispecerizare, vizualizare ş i achizi ţie de date SCADA

4.6.1. No ţiuni generale

Sistemele SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

reprezint ă o variantă a tehnologiilor informaţionale moderne, destinate pentrudispecerizarea, achiziţia şi vizualizarea computerizată a datelor tehnologice principale, precum şi comanda automatizată de la distanţă a unor procese şi sistemedinamice complexe din diferite ramuri industriale, de alimentare cu energieelectrică sau termică, de transport feroviar sau aerian, militare sau cosmice. Cu altecuvinte, sistemele SCADA sunt concepute pentru o monitorizare şi dirijarecentralizată operativă a întreg spaţiului de producţie sau de transportare a energieielectrice, mărfurilor, pasagerilor, căldurii, gazului, apei, utilizând pentru aceasta :

- un centru de dispecerat (Staţie Master) cu 1 computer şi 1 controler (server

de comunicare în reţea) cu Unităţi Terminale de Comandă la distanţă (RemoteTerminale Unit - RTU) , care au funcţii specializate de telemăsur ă şitelecomandă la distanţă;

- mai multe sisteme de automatizare locale subordonate (Slave) cu controlere programabile logice (PLC-uri), înzestrate cu module adăugătoare de intrare – ieşire şi de comunicare în reţea (server de comunicare);

- o infrastructura de comunicare în reţele seriale, telefonice, radio, Ethernet;- un pachet de programe (software) ale computerului şi controlerelor RTU

şi PLC, care să asigure la centrul de dispecerat achiziţia şi urmărirea datelor periferice principale, prelucrarea, vizualizarea şi arhivarea lor, semnalizarearegimurilor de avarie, setarea şi reglarea operativă a mărimilor de prescriere pentru PLC-uri şi alte funcţii.Aşadar, sistemele de dispecerizare şi monitorizare SCADA asigur ă mai multe

funcţii şi avantaje:- dirijarea efectivă, flexibilă şi în timp real a proceselor controlate;- creşterea siguranţei şi a termenului de funcţionare a instalaţiilor principale;- micşorarea pierderilor şi creşterea randamentului energetic;- automatizarea complexă şi eliberarea braţelor umane de muncă;- îmbunătăţirea serviciilor acordate;Toate aceste funcţii au ca scop principal optimizarea funcţionării şi conducerii

operative a proceselor tehnologice în ansamblul lor, oferind operatorului imaginireale şi sugestii corecte, privind situaţia sau starea curentă a instalaţiilor controlate. Utilizarea largă a controlerelor programabile şi a computerelor industriale, precum şi a tehnologiilor informaţionale noi de funcţionare în diferitereţele, inclusiv în reţeaua internaţională Internet, a ridicat şi mai mult funcţiile şi posibilităţile sistemelor SCADA. Multe din aceste funcţii sunt datorate elabor ăriiunor pachete de programe (softuri) speciale, unele dintre care vor fi analizate pescurt în continuare .

Structura sistemelor SCADA din diferite ramuri poate să difere, deoarece auunele particularităţi specifice. Unele companii însă au elaborat sisteme dedispecerizare şi monitorizare SCADA, reieşind din particularităţile echipamentelor



4.6 S ISTEME DE DISPECERIZARE Ş I VIZUALIZARE SCADA 417

proprii. De exemplu, pentru sisteme de încălzire, compania DANFOSS a elaborato variantă specifică, denumită ECL SCADA şi bazează pe utilizarea controlerelor ECL CONFORT 200/300 sau a punctelor termice modulare HKL, analizate în punctul 4.1. În figura 4.146 sunt indicate modulele adăogătoare ale unui puncttermic HKL, necesare pentru o comunicare cu punctul de dispecerat (ДП) prin

reţeaua TCP/IP. Aceste module transmit dispecerului valorile curente aletemperaturii şi presiunii din conducte, semnalul de prescriere pentru controlerulECL, precum şi indicaţiile contorului termic. Serverul OPC al dispecerului poatesă deservească până la 32 de puncte termice locale , incluse în sistemul de încălzirecentralizată. Însă pentru vizualizarea pe monitorul computerului dispecerului ainformaţiilor curente ale punctelor termice şi pentru telecomanda acestor puncteeste necesar un pachet de programe speciale, care vor fi analizate în sub puncteleurmătoare.

Fig. 4.146 Module adăugătoare ale unui punct termic HKL pentru o comunicare custaţia de dispecerat






Dispecerul poate vizualiza în orice moment consumul curent şi integral decăldur ă al punctului termic, deoarece indicaţiile contorului de căldur ă sunttransmise prin reţea împreună cu valorile temperaturilor şi presiunilor curente.Pentru aceasta este suficient de activat meniul (ТУПЛОСЧЕТЧИК), când pemonitor apar toate informaţiile corespunzătoare, împreună cu valorile temperaturii

din tur – retur, debitului curent şi integral al agentului termic (fig. 4.148).

Fig. 4.148. Vizualizarea informaţiilor meniului consumului de căldur ă(Теплосчетчик) al punctului termic

Reglarea automată a temperaturii sistemului de încălzire este efectuată de cătrecontrolerul punctului termic în funcţie de temperatura mediului ambiant, utilizând

pentru aceasta un grafic aprobat experimental (ГРАФИК ОТОПЛЕНИЯ)

, înscrisîn memoria controlerului şi prevăzut cu un meniu corespunzător, precum şi înfuncţie de timpul calendaristic zi-noapte (СУТОЧНЫЙ ГРАФИК), sau sile delucru – zile de sărbătoare. Graficul temperaturii de încălzire se reglementează atât pentru conducta de tur, cât şi pentru conducta de retur (fig. 4.149, a ), care serealizează prin variaţia semnalului de prescriere a regulatorului controlerului.

Odată cu scăderea temperaturii negative a mediului exterior, temperatura de prescriere a regulatorului se măreşte (fig. 4.149, a), iar în timpul nopţii temperaturaimpusă se micşorează cu ± 5ºC (fig. 4.149, b ). O astfel de reglare asigur ă, evident,o economisire semnificativă a energiei termice consumate de punctul termic.



4.6 S ISTEME DE DISPECERIZARE Ş I VIZUALIZARE SCADA420

a)

b)Fig. 4.149. Grafice de reglare automată a temperaturii agentului termic în funcţie

de temperatura mediului ambiant şi de timpul calendaristic zi-noapte

Pe ecranul dispecerului poate fi vizualizată temperatura prescrisă şi reală aagenţilor principali ai punctului termic în timp de 24 de ore (fig. 4.150 ).

Regulatoarele propor ţional – integrale (PI) de temperatur ă asigur ă o stabilizare bună a sistemului de încălzire şi una aproximativă a sistemului de alimentare cuapă caldă, deoarece consumul de apă caldă variază aleatoriu.




Fig. 4.150. Procesul real de stabilizare a temperaturii sistemului de încălzire şialimentare cu apă caldă în timp de 24 de ore

Setarea parametrilor regulatoarelor de temperatur ă poate fi efectuată printr-un program şi un meniu asemănător (fig. 4.151).

Fig. 4. 151. Meniul de setare a parametrilor regulatoarelor de temperatur ă




Programul de automatizare a punctului termic asigur ă, de asemenea, o rotaţie a pompelor de circulaţie în funcţie de timpul lor sumar de funcţionare, ceea cecondiţionează o uzur ă uniformă a lor. Meniul de monitorizare a pompelor decirculaţie (НАСОСЫ ГВС И ОТОПЛЕНИЯ) este indicat în figura 4.152 .

Fig. 4. 152. Meniul de monitorizare a timpului de funcţionare al pompelor

4.6.3 Pachete de programare ale sistemelor SCADA

Pentru achiziţionarea de date, monitorizarea şi vizualizarea computerizată a proceselor controlate de sistemele SCADA, au fost elaborate de diferite companiimai multe pachete de programe, care asigur ă o funcţionare a lor în reţeauainternaţională Internet (Ethernet). Ca exemple pot servi pachetul Movicon alcompaniei germane PROGEA sau pachetul ZenOn al companie austriece COPADATA , care sunt bazate pe conceptele Web-Open, Web-Client şi alte realizăriavansate ale tehnologiilor informaţionale de funcţionare în diferite reţele.În figura 4.153 sunt ar ătate variantele generale de interconectare a diferitor echipamente de automatizare, începând cu controlerele locale PLC, panourile HMIşi terminând cu telefoanele mobile PocketPC cu acces la reţeaua internaţionalăInternet, utilizând pentru aceasta platforma de programare MOVICON. Ea estedeschisă pentru orice completare sau integrare, fiind prevăzută cu un set bogat demodule, drivere, care asigur ă funcţii multiple şi permit o utilizare a echipamentelor sistemelor de automatizare ale companiilor mondiale de profil. Programarea proiectelor sistemelor de automatizare SCADA MOVICON se efectuează în

limbajul XML. Elaborarea schemelor tehnologice şi de automatizare se efectueazărelativ simplu, utilizând un redactor grafic şi o bibliotecă de elementestandardizate (fig. 4.154).




Pachetul Movicon include servere de arhivare, documentare, editare, semnalizarea avariilor, transformare a textelor în sunete, deservire, securizare şi altele.

Fig. 4.153. Platforma generală MOVICON de interconectare a diferitor reţele

Fig. 4.154. Configurarea schemelor tehnologice cu editor grafic şi o bibliotecă




Fereastra şi instrumentele principale ale programului Movicon sunt indicate înfigura 4.155 .

Fig. 4.155. Fereastra şi instrumentele principale ale programului Movicon



4.7 Echipamente pneumatice ş i electropneumatice de automatizare

4.7.1 Noţiuni generale despre utilizarea acţionărilor pneumatice şi hidraulice

Performanţele maşinilor de lucru depind într-o mare măsur ă de tipul acţionării

lor. Acţionările pneumatice şi hidraulice posedă avantaje destul de importante, deaceea au o utilizare la fel de largă, ca şi acţionările electrice - aproape în toatedomeniile economiei naţionale. Aceasta se datorează, în primul rând, faptului, cămişcarea naturală a acţionărilor electrice este rotativă, iar mişcarea acţionărilor pneumatice şi hidraulice - liniar ă (de translaţie), realizată cu ajutorul unor cilindricu piston în interior. Însă o bună parte din maşinile de lucru necesită tocmai oastfel de mişcare, construcţia lor în aceste cazuri devenind mult mai simplă,deoarece sunt excluse elementele adăugătoare de conversie mecanică. În al doilearând , agentul energetic al acţionărilor pneumatice şi hidraulice este aerul sau

lichidul (uleiul) comprimat – mult mai ieftin şi mai accesibil faţă de curentulelectric. În al treilea rând, acţionările pneumatice şi hidraulice asigur ă o fiabilitateînaltă de funcţionare inclusiv în condiţii grele de exploatare – umiditate sautemperatur ă înaltă, vibraţii mari sau praf excesiv, pericol de incendii sau explozii.Ultimele condiţii sunt inevitabile, de exemplu, în industria petrolier ă şi minier ă, pentru care acţionările pneumatice şi hidraulice devin prioritare [69].

Aceste acţionări au obţinut o utilizare largă şi în alte ramuri industriale cucondiţii grele de exploatare, de exemplu în industria metalurgică, chimică,energetică, atomică, constructoare de maşini, alimentar ă, a cimentului, sticlei,celulozei, hârtiei şi cartonului, unele dintre care vor fi descrise în partea a doua aacestui manual. Alimentatoarele cuptoarelor de topit metal, ciment, sticlă, saumaşinile de fasonare a sticlei topite de o temperatur ă de 1000-1100ºC, au oacţionare pneumatică (vezi capitolul 10). Acţionările electrice în astfel de condiţiinu pot rezista f ăr ă măsuri speciale. În plus la aceasta, simplitatea acţionărilor pneumatice şi proprietatea de comprimare a aerului micşorează rebutul obiectelor fasonate din sticlă topită, asigurând totodată şi o r ăcire necesar ă a lor.

O clasă aparte de utilizare industrială în masă a acţionărilor pneumatice şihidraulice este robototehnica sau roboţii industriali [70-72]. Aceşti roboţi au fostelaboraţi pentru a înlocui operatorul uman de executarea unor operaţii industrialemonotone, grele, agresive şi periculoase pentru sănătatea omului. Dintre acesteoperaţii fac parte : turnarea sau prelucrarea metalului şi a maselor plastice, sudareaşi vopsirea prin pulverizare, ştanţarea şi presarea, împachetarea şi asamblarea,încărcarea-descărcarea, ridicarea-coborârea, deservirea strungurilor şi aconveierelor şi altele. Organul principal al roboţilor îl constituie manipulatorul cudiferite grade de libertate (mişcare) pe diferite axe, care îndeplineşte aceleaşifuncţii ca şi mâna operatorului uman. În figura 4.156 este ar ătat modelulsimplificat al unui robot cu 5 grade de libertate, precum şi unele modele alemecanismelor de apucare. Fiecare grad de libertate este prevăzut cu sistemul său

propriu de acţionare, care trebuie să fie cât mai compact. Evident, că acţionările pneumatice şi hidraulice corespund acestei cerinţe, mai ales pentru mecanismul deapucare. De aceea majoritatea roboţilor industriali cu o capacitate mică de ridicare



4.7 ECHIPAMENTE PNEUMATICE Ş I ELECTROPNEUMATICE DE AUTOMATIZARE 426

au o acţionare pneumatică, iar cu o capacitate de ridicare mai mare de 20 kg – cuacţionare hidraulică, deoarece ultimul tip de acţionare asigur ă for ţe relativ mari ladimensiuni şi gabarite mici. Aceasta se datorează presiunii mult mai ridicate auleiului – de la 5-10 MPa şi până la 15-30 MPa, faţă de presiunea aerului de 0,5-1,0 MPa (5-10 bari) din sistemul pneumatic.

Fig. 4.156. Modele de robot cu 5 grade de libertate şi mecanisme de apucare

Automatizarea şi poziţionarea roboţilor industriali cu ajutorul senzorilor,controlerelor programabile şi computerelor industriale a condiţionat o automatizarecomplexă a liniilor industriei constructoare de maşini, numite şi linii flexibile de

producţie (гибкие производственные линии ). Ca exemple pot servi liniile desudare robotizată a caroseriei automobilelor tuturor companiilor mondialerenumite: Mercedes, Audi, BMW, Ford, Toyota, Nissan, MAN (fig. 4.157-4.158).

Fig. 4.157. Model de sudare robotizată a caroseriei automobilelor de litraj mic




Fig. 4.158. Vedere reală de sudare robotizată a caroseriei automobilelor

O grupă asemănătoare de utilizare industrială în masă a mecanismelor cuacţionări pneumatice şi hidraulice o constituie ramurile, în care prevaleazămişcările liniare sau oscilante. Dintre acestea fac parte industria textilă, poligrafică,farmaceutică, de îmbuteliere, împachetare, ambalare, asamblare. În figura 4.159este prezentat un mecanism cu acţionări pneumatice liniare pe 3 axe rectangulare.

Fig. 4.159. Mecanism de mişcare pe 3 axe rectangulare cu acţionări pneumatice

În figura 4.160 este ar ătat o maşină automatizată de îmbuteliere a sticlelor de

masă plastică cu carusel rotit de o acţionare electrică reglabilă şi cu măsuţe deridicare verticală a sticlelor către capul dozatorului de umplere, acţionate de unsistem pneumatic.




Fig. 4. 160. Maşină automatizată de îmbuteliere a sticlelor

Mecanismele auxiliare ale sistemelor de transport maritim sau aeronautic,de tracţiune urbană sau feroviar ă, personală sau industrială, sunt acţionate, deasemenea, cu echipamente pneumatice sau hidraulice. Dinaceastă grupă fac partemecanismele de direcţionare(ghidare), frânare a vehiculelor şi

deschidere – închidere a uşilor.Fiecare vehicul conţine uncompresor de obţinere a aeruluicomprimat de 7-8 bari şi unsistem pneumatic cu resiver, careasigur ă o acţionare amecanismelor de frânaremecanică a roţilor şi de comandăa uşilor (fig. 4.161). Fig. 4.161 Troleibuz cu acţionare pneumatică a uşilor

O altă clasă specifică de maşini cu acţionări hidraulice o reprezintă maşinilede construcţii a clădirilor (de exemplu, automacaralele), de stivuire a mărfurilor (stivuitoarele), de să pat pământul (excavatoarele) şi de extras minereuri(combainele miniere). Aceste maşini includ o pompă hidraulică de comprimare auleiului, un acumulator hidraulic şi un sistem de cilindri cu distribuitori de ulei.

Însă acţionările pneumatice şi hidraulice posedă, totuşi, şi unele dezavantaje.De exemplu, ele nu permit o reglare lină şi într-un diapazon mare a vitezeiorganelor de mişcare, sau o poziţionare exactă a lor. De acest dezavantaj suntlipsite acţionările electrice reglabile. De aceea multe maşini de lucru, de exempluunele strunguri de prelucrare a metalului sau lemnului, unii roboţi industriali, prevăd o acţionare combinată – electropneumatică sau electrohidraulică.




4.7.2 Structura generală a sistemelor de acţionare pneumatică

Sistemele de acţionare pneumatică (SAP), la fel ca şi cele de acţionare electrică,sunt constituite din mai multe echipamente, care din punct de vedere energetic pofi împăr ţite în 2 păr ţi principale: partea de forţă ş i partea de comandă . Partea de

for ţă include, la rândul ei, mai multe elemente;- o sursă comună de generare a energiei pneumatice în forma aerului comprimat -compresorul, care este rotit, la fel ca şi un generator electric, de un motor electric;- un resiver – rezervor cilindric de acumulare a aerului comprimat în scopulstabilizării presiunii şi deconectării motorului compresorului în caz de reducere aconsumului de aer;- câteva aparate de preparare, reglare, stabilizare şi distribuire a fluxuluiaerului comprimat;- unul sau mai multe motoare pneumatice în forma unor cilindri cu piston

interior, care transformă energia pneumatică a aerului comprimat în energiemecanică, aplicată mecanismului de lucru prin intermediul tijei (шток ) pistonului.Partea de comandă a sistemelor pneumatice conţine diferite ventile cu

acţionare electromagnetică sau pneumatică, limitatoare de debit, regulatoare cuacţiune discretă sau continuă, relee de timp, traductoare de poziţie, de presiune saude debit, controlere de automatizare şi diferite accesorii.

Fiecare din aceste componente de putere poate fi de mai multe tipuriconstructive sau funcţionale, care vor fi analizate în subpunctele următoare. Notarea convenţională a lor în schemele pneumatice este standardizată [75].

În figura 4.162 este reprezentată o schemă tipică a unui sistem pneumatic cu3 pneumomotoare cilindrice cu cursă liniar ă bipoziţională a pistonului şi un pneumomotor oscilant (pendular- Rotary Actuator) cu o zonă circular ă de acţiunea arborelui său de ieşire în limitele 0-270º. Reglarea vitezei de deplasare a pistonului fiecărui cilindru se efectuează cu ajutorul unor ventile de închidere şilimitare a debitului de aer (Flow Controls), numite drosele şi înzestrate fiecare cusupapă antitur (обратный клапан). Pentru deplasarea pistonului cilindrilor în josse aplică aer comprimat în partea de sus a zonei interioare de lucru, iar pentrudeplasarea pistonului în sus – în partea de jos a acestei zone. Comutarea fluxului deaer în aceste 2 zone se realizează cu ajutorul a unor ventile discrete de comutare(Valve) cu 2 căi de direcţionare (A sau B, 2 sau 4), produse, de exemplu, decompaniile FESTO, SMC sau BOSCH. Aceste ventile pot fi normal deschise -dacă săgeata dreaptă este verticală, sau normal închise – dacă săgeata esteînclinată. Comanda lor poate fi pneumatică, în cazul utilizării unui simboltriunghiular pe axa ventilului, sau electromagnetică – în cazul unei linii înclinate .

Sursa de aer comprimat din această schemă o constituie compresorul,identificat printr-un cerc cu un simbol triunghiular gol în interior. Acest compresor poate fi cu piston, elicoidal sau de tip spirală. El prevede la intrare un filtru decur ăţire a aerului atmosferic aspirat, care este notat printr-un romb cu o linie

verticală punctată, iar la ieşire – un ventil de închidere - deschidere şi unmonometru de indicare a presiunii aerului comprimat. Acest aer este refulat apoiîn 2 resivere - acumulatoare, prevăzute pentru diferite circuite şi reprezentate pin




elipsoide. La ieşirea celui de-al doilea resiver este conectat un presostat (PresureSwitch), care deconectează motorul compresorului în caz de reducere aconsumului de aer şi de depăşire a valorii prescrise de presiune.

Funcţionarea discretă a acţionărilor pneumatice din cele 2 circuite paralelecondiţionează o oscilaţie a presiunii fluxului de aer, de aceea stabilizarea necesare

a ei este asigurată de 2 ventile - regulatoare cu indicatoare de presiune.Un exemplu practic de sistem pneumatic este adus în capitolul următor.

Fig. 4.162. Schemă tipică a unui sistem pneumatic cu 4 pneumomotoare




4.7.3 Aparate de preparare şi stabilizare a presiunii aerului

Aerul de la ieşirea compresorului poate să conţină un anumit grad deumiditate, precum şi unele impurităţi abrazive sau r ămăş iţe de ulei. Gradul înaltde umezeală conduce la o condensare a vaporilor de apă, care nu este admisibilă,

iar conţinutul excesiv de ulei scurtează durata de funcţionare a elementelor pneumatice. Totuşi o mică cantitate de ulei îmbunătăţeşte funcţionarea elementelor mobile de execuţie. Din aceste motive, după comprimare, aerul trebuie deseoriuscat şi cur ăţit, ceea ce se face cu ajutorul unor dispozitive speciale de preparare.

Aceste dispozitive însă mai realizează, de asemenea, şi alte funcţii necesare de pregătire a aerului, consumat de diferite acţionări pneumatice. În particular, pentrudiferite sarcini ale acestor acţionări, sunt necesare diferite valori ale presiunii delucru, ceea ce condiţionează funcţia de reglare – acordare a valorilor prescrise.Însă la o funcţionare periodică a cilindrilor cu piston, presiunea reală din reţea nu

r ămâne constantă, ci oscilează puternic în jurul valorii prescrise. De aici rezultă oaltă funcţie a unităţilor de preparare a aerului – cea de stabilizare a presiunii delucru de la intrarea acţionărilor liniare sau rotative. Evident, că pentru a asiguraaceastă stabilizare, presiunea de intrare a regulatorului trebuie să fie mai mare.

O altă funcţie a unităţilor de preparare este cea de măsurare şi indicare a presiunii curente, care se realizează, de obicei, de un manometru cu precizie.

În figura 4.163, a este prezentată o unitate de preparare FRCS-1/4-D-MINI acompaniei germane FESTO cu filtru, ungător de ulei, manometru, regulator de

presiune cu membrană şi acţiune directă, care permiteo acordare a presiunii de ieşire în diapazonul 0,5-12 bar la o presiune de intrare de 16 bar. Acestecomponente se produc şi separat. Butonul de acordarea presiunii este amplasat în partea de sus adispozitivului, fiind prevăzut cu o posibilitate defixare - blocare a valorii alese. Filtrul şi pulverizorulde ulei au o construcţie cilindrică şi amplasare în partea de jos cu posibilitate de cur ăţire manuală. Înfigura 4.163, b este prezentată notarea simbolică alui în schemele pneumatice.

a)Fig. 4.163. Dispozitiv de preparare a aerului comprimat FRCS -1/4-D MINI al

companiei germane FESTO

1 2




4.7.4 Cilindri de acţionare pneumatică

Aceşti cilindri constituie elementele principale de execuţie ale acţionărilor pneumatice, de aceea nomenclatura de producere a lor este foarte mare: modificaţiistandarde sau speciale; cu 2 sau mai multe poziţii ale pistonului; cu 1-2 tije sau f ăr ă

tijă; cu piston, membrană, silfon sau plunjer; cu sau f ăr ă mecanism de frânare.În figura 4.164 sunt ar ătate elementele constructive principale ale unui cilindrustandard cu acţiune dublă, tijă şi cu piston. Tija 1 are filet la ambele capete pentruo cuplare cu organul de lucru şi cu pistonul 7 printr-o muf ă intermediar ă 5. Flanşa2 include un suport pentru susţinerea tijei şi blocarea ieşirii aerului prin garnitura17. În orificiile filetate 4 şi 11 se înşurubează droselele de aplicare şi reglare adebitului aerului comprimat. Pentru alegerea şi limitarea lungimii cursei pistonuluide-a lungul cilindrului este prevăzut un canal 8 cu posibilităţi de montare alimitatoarelor de cursă sau senzorilor de proximitate. Orificiul 12 este destinat

pentru asigurarea unei frânări a pistonului în poziţia finală. Montarea cilindrului seefectuează cu ajutorul tălpilor 13 şi 18. Frecarea pistonului de pereţii interiori esteminimizată aproximativ până la 10% de 2 inele de garnitur ă specială 14 şi 15,confecţionată din poliuretan.

Fig. 4.164. Elemente constructive de bază ale unui cilindru standard cu piston şiacţiune dublă




În figura 4.165 sunt ar ătate diferite modificaţii ale cilindrilor companieiFESTO: a) - rotunzi; b) - compacţi; c) – dreptunghiulari; d) - plaţi; e) – micro; f) – silfon. Ele pot asigura lungimi de cursă ale tijei de la 1 mm şi până la 1000 mm,fiind necesare pentru aceasta for ţe de împingere de la 50 N şi până la 5000 N la o presiune medie de 6 bari. Amortizarea loviturilor pistonului în poziţiile extremale

se efectuează cu ajutorul unor inele elastice. Fixarea lor se efectuează cu ajutorulunei mufe axiale filetate şi a unei piuliţe, sau cu 4 şuruburi de la colţurile flanşei.În variantele dreptunghiulare senzorii de proximitate sunt integraţi complet încanelura carcasei, iar în cele rotunde sunt fixaţi de corp printr-un inel din material plastic, pe piston fiind montat un inel din magneţi permanenţi pentru sesizare.

a) b)

c) d)

e) f)Fig. 4.165. Modificaţii diferite de cilindri cu piston ai companiei FESTO




Cilindrii altor companii conţin la capete dispozitive interioare de frânare pneumatică a pistonului în poziţiile extremale, înzestrate cu şuruburi radiale deacordare (fig. 4.166). Aceste dispozitive conţin o manjetă flexibilă, care blochează ieşirea aerului din partea opusă a pistonului, formând o pernă de aer,care amortizează şocurile mecanice. La inversarea pistonului, aerul sub presiune

mare din partea opusă, ridică manjeta, scoţând din funcţiune dispozitivul de frânare

Fig. 4.166. Dispozitiv interior de frânare pneumatică cu şurub radial de acordare

În figura 4.167 sunt ar ătate 2 variante de cilindri f ără tijă DGP FESTO, ceeace micşorează cu 50% gabaritele echipamentului de acţionare, dând posibilitate pentru o mărire a cursei până la 3000 mm. Legătura pistonului cu organul de lucruîn acest caz se face printr-un suport (cărucior) central, care alunecă pe nişteghidaje (направляющие ) sau bile cu recirculare. For ţa de împingere poate atingedeja valori până la 7300 N. O altă particularitate importantă a acestor acţionări pneumatice liniare este alimentarea lor cu aer comprimat la un singur capăt alcilindrului, precum şi sistemul special de etanşare (герметичности). Amortizareaşocurilor mecanice de la capete se efectuează cu ajutorul unor amortizoarecilindrice exterioare cu aer sau lichid comprimat, care se fixează în exterior penişte suporturi corespunzătoare. Pe piston se află u magnet permanent, al căruicâmp magnetic este sesizat de senzori exteriori de proximitate f ăr ă contact direct.

Fig. 4.167. Echipamente performante de acţionare pneumatică liniar ă f ăr ă tije alecompaniei germane FESTO




Au fost elaborate, de asemenea, şi cilindri f ăr ă tijă cu dispozitive interioare defrânare pneumatică. Unul dintre acestea este prezentat în figura 4.168, împreunăcu fazele principale ale cursei de mişcare. Perna de aer, care frânează căruciorul lasfâr şitul cursei, este obţinută în acest caz cu ajutorul unor bucşe conice flexibile,reprezentate prin culoare neagr ă. Însă fiabilitatea de funcţionare a cilindrilor cu

dispozitive interioare de frânare este mai mică.

Fig. 4.168. Cilindru f ăr ă tijă cu dispozitive interioare de frânare pneumatică

În cazurile, când organele de lucru trebuie să execute mişcări rotative cuunghiuri până la 270º, se folosesc cilindri cu o paletă interioar ă oscilatoare încalitate de piston. Aceşti cilindri sunt numiţi şi motoare pneumatice oscilante,care au la ieşire un cap de arbore cu pană. În figura 4.169 sunt ar ătate 2 astfel de pneumomotoare de tipul DSM şi DSR ale companiei FESTO. Modificaţiile lor asigur ă un unghi reglabil al arborelui de ieşire în limitele 0-90º, 0-180º sau 0-270ºşi cupluri 0,5-20 Nm, la un diametru interior de la 6 mm şi până la 40 mm. Pentruo funcţionare de durată lungă, paletele oscilante sunt executate din poliuretan.Amortizarea paletei la capetele cursei se efectuează cu ajutorul unor plăcuţe din

material elastic. Controlul poziţiei alese este realizat de senzori inductivi de proximitate.




Fig. 4.169. Motoare pneumatice oscilante DSM şi DSR ale companiei FESTO

Pentru dimensionarea cilindrilor de acţionare pneumatică, secalculează, mai întâi, for ţa necesar ăde împingere a pistonului, alegând presiunea de lucru p, diametrul pistonului D şi neglijând for ţele de

frecare:4

2 D p pS F .

Consumul necesar de aer,exprimat în [hl/min], poate fideterminat în funcţie de cursa dedeplasare a pistonului şi presiuneade lucru, utilizând tabele saunomograme precalculate (fig.4.170).

Acest consum teoretic însă trebuieapoi înmulţit cu 1,4 pentru a lua înconsideraţie pierderile termice reale.Astfel de nomograme suntconstruite şi pentru a alegediametrul conductelor reţelei pneumatice, ţinând cont delungimea lor.

Fig. 4.170. Nomograma de alegere a presiunii şi consumului de aer comprimat ai cilindrilor cu piston




4.7.5 Ventile de distribuţie a aerului comprimat şi insule de ventile

Aceste ventile constituie partea de comandă a cilindrilor acţionărilor pneumatice. Ele pot avea o comandă electrică – în curent continuu 24 V (fig.4.171, a) sau curent alternativ 230 V (fig. 4.171, b), precum şi o comandă

pneumatică, mecanică, sau manuală. Pentru a reduce puterea semnalului electric,acesta acţionează asupra unui un amplificator pneumatic, numit pilot, careacţionează, mai departe, asupra ventilului.

Fig. 4.171.Schema de comandă electromagnetică a ventilelor de distribuţie încurent continuu şi alternativ

Există o varietate mare de astfel de ventile, însă unul din criteriile principalede clasificare ale lor îl constituie numărul de intr ări-ieşiri (porturi sau canale) pneumatice şi numărul de poziţii fixe ale elementului de distribuţie. Notarea lor seefectuează prin două cifre, separate prin bar ă, de exemplu 5/2 – 5 canale de intrare- ieşire şi 2 poziţii fixe de lucru. Majoritatea ventilelor industriale au o astfel desemnificaţie, utilizată pentru cilindri cu dublă acţiune. Ele pot avea însă ocomandă bistabilă sau monostabilă - după dispariţia semnalului de comandă

ventilul revine în starea iniţială prin acţiune pneumatică sau printr-un arc.Din punct de vedere constructiv ventilele de distribuţie pot avea 2 variante principale: de tip supapă (клапан ) (fig. 4.172, a), şi de tip axial cu inele izolatoare pe ax (золотник ) (fig. 4.172, b). Priva variantă se utilizează, de obicei, pentruventile simplificate de tipul 3/2, care au 1 canal normal-deschis şi 1 canal normal-închis, iar varianta a doua – pentru ventile 5/2, în care intrarea de presiune înaltă 1formează un canal de acţionare directă 4 a pistonului sau inversă 2, asigurândtotodată u1 canal de retur a aerului din cilindru 2-3 sau 4-5 (fig. 4.172, b).

a) b)Fig. 4.172. Principii constructive ale ventilelor de distribuţie a aerului comprimat




Cea mai mare nomenclatur ă de ventile pneumatice de distribuţie CPE este produsă de compania internaţională FESTO. În figura 4.173, a este prezentat unventil simplificat bistabil 3/2 cu o intrare comună (2), care formează un canalnormal-închis cu ieşirea 3, sau un canal normal-deschis cu ieşirea 2. În afar ă decomanda electromagnetică, identificată prin simbolul / , el mai are o comandă

manuală (10 sau 12), identificată printr-un dreptunghi sau steag (fig. 4.173, b).

a)2

1 382

12 2

1 382

10

b)Fig. 4.173. Ventil simplificat de distribuţie CPE 3/2 al companiei FESTO




În figura 4.174, a b sunt ar ătate 2 modificaţii de ventile pneumatice CPE 5/2şi 5/3 ale companiei FESTO cu diferite scheme de reprezentare simbolică a lor :cu 2 poziţii (fig. 4.174, c) şi cu 3 poziţii (fig.4.174, d), a treia fiind neutr ă , care poate fi la rândul ei sub presiune sau f ăr ă presiune.

a) b)

4 2

5 1 314 128284

14 12

c)

4 2

5 1 3

14 12

84 82d)

Fig. 4.174. Modificaţii de ventile 5/2 şi 5/3 ale companiei FESTO şi scheme dereprezentare simbolică a lor

4 2

5 1 3

14 12

84 82

4 2

5 1 384

14




Compania FESTO a elaborat nu numai ventile pneumatice individuale, ci şi blocuri cu 4-12, iar în cazuri cu debite mici – până la 16-32 de ventile, integrateîntr-o singur ă baterie cu gabarite deosebit de compacte, deoarece intrareacolectoare este comună pentru toate modulele. Aceste blocuri de module se mainumesc insule de ventile (пневмоострова ), care permit diferite funcţii

adăugătoare şi sunt raţionale şi deosebit de flexibile în automatizări complexe, maiales în diferite reţele de automatizare. Compania FESTO produce o mare varietatede insule modulare (fig. 4.175-4.177), destinate nu numai pentru reţeaua saFIELDBUS, ci şi pentru reţele ale altor companii: AS-Interface, PROFIBUS(Siemens), INTERBUS, CANopen, comandate de controlere programabile.Aceste insule se caracterizează printr-un număr diferit de module cu diferitedebite, printr-o varietate constructivă mare şi de interfaţă a intr ărilor sau ieşirilor.

Fig. 4.175. Insule de ventile pneumatice VDMA, CDV şi CPV FESTO




Insulele de ventile CPV şi CPA, (fig. 4.176) sunt foarte compacte. Ele au olăţime a ventilelor de 10 mm şi o lungime de 40 mm pentru un debit de 170 l/min.Comanda electromagnetică a lor se efectuează prin conectoare electrice comune,amplasate lateral. Fiecare modul are dioda sa luminiscentă de semnalizare.

Fig. 4.176. Insulă ultracompactă de ventile CPA cu 24 de module integrate

În figura 4.177 sunt prezentate o variantă de insule universale - VIMP cudebite până la câteva mii de l/min şi un număr maxim de module până la 14.

Fig. 4.177. Insulă de ventile universale VIMP cu 12 module integrate




O altă grupă de ventile pneumatice ale acestei companii o constituie cea decomandă manuală sau de picior (fig. 4.178, a), precum şi de comandă mecanică(fig. 4.178, b). Varianta manuală permite o montare direct pe panoul de comandăal operatorului, iar cea mecanică poate funcţiona, de exemplu, ca un limitator mecanic de cursă. Această grupă are la bază aceleaşi scheme pneumatice

convenţionale, reprezentate mai sus – 3/2 sau 5/2.

a)

b)Fig. 4.178. Ventile pneumatice cu comandă manuală, de picior şi mecanică

Toate aceste ventile pneumatice, la fel ca şi cilindrii de acţionare, sunt prevăzute cu o nomenclatur ă bogată de accesorii de fixare, racordare şi conectare




4.7.6 Drosele pneumatice de închidere şi reglare a debitului cilindrilor

Scopul principal al acestor drosele, instalate între ventilul de distribuţie şicilindrul de acţionare pneumatică, constă în reglarea vitezei de deplasare a pistonului cilindrului, realizată prin reglarea debitului aerului comprimat. Această

reglare se efectuează printr-o strangulare (îngustare) reglabilă a secţiunii lui, carecauzează o cădere (diferenţă) de presiune DV p p p ,

unde DV p p , - presiunea de la ieşirea ventilului de distribuţie (sau la intrarea pneumodroselului), şi presiunea de la ieşirea droselului (sau la intrarea cilindrului)

Debitul volumic, reglat de drosel, este propor ţional cu aria secţiuniitransversale strangulate DS şi cu r ădăcina pătratică a diferenţialului de presiune p :

A D pS Q 2 ,unde 8,06,0 - coeficientul de debit; 32,1 mkg A

- densitatea aerului. Aceastărelaţie stă, de asemenea, şi în esenţa traductorului de debit, bazat pe presiuneadiferenţială p a tubului strangulat, cunoscut ca tub Ventury .

Uneori este mai raţional de analizat procesele pneumatice, utilizând debitulmasic QG A :

pS G A D 2 ,

care determină viteza pistonului cilindrului C v :C D vS G .

Însă această reglare simplificată deseori trebuie efectuată în funcţie de particularităţile organului de lucru şi ale pneumocilindrului, de exemplu limitândfluxul de aer sub presiune din partea de acţionare a pistonului în ambele sensuri alecursei, permiţând totodată o evacuare liber ă a aerului din partea opusă (f ăr ă presiune) a lui. Un astfel de principiu minimizează for ţa de împingere a pistonului.El poate fi realizat printr-o şuntare a droselului cu osupapă antitur (обратный клапан) , care într-unsens opune fluxului de aer o rezistenţă foarte mare,iar în alt sens – o rezistenţă foarte mică, şuntânddroselul, şi îndeplinind funcţia unei diode

semiconductoare. În structura generală din figura4.162 este realizat şi reprezentat acest principiu.În unele cazuri însă poare fi necesar un principiu

opus, realizat şi reprezentat în figura 4.179, cândsăgeata de identificare a reglării droselului esteîndreptată în sens opus, coincizând cu săgeata deevacuare a ventilului de distribuţie. În acest caz pistonul se deplasează în ambele sensuri cu o vitezămai uniformă, deoarece se limitează viteza de

evacuare a aerului din partea opusă a cilindrului.Fig. 4.179.Schemă tipică de acţionare culimitarea fluxului de evacuare a aerului din partea opusă a pistonului




Droselele pneumatice cu supape paralele de un singur sens port avea maimulte variante constructive, de exemplu cu intrare - ieşire într-o singur ă linie, sausub un unghi de 90º. În figura 4.180 este ar ătată o variantă într-o singur ă linie,şurubul de reglare a debitului 3 fiind amplasat sub un unghi de 90º. Acest şurub areun vârf conic, care poate închide definitiv fluxul de aer, dacă este înşurubat până la

capăt. Supapa de sens unic este realizată printr-o garnitur ă flexibilă 13, care selipeşte de suportul 1, blocând circulaţia laterală şi paralelă a fluxului în caz, în cazdacă acesta este îndreptat de jos în sus. Debitul în acest caz este dependent de poziţia şurubului de reglare 3. Dacă fluxul este orientat de sus în jos, garnitura 13se îndoaie, şuntând secţiunea centrală a şurubului şi asigurând o trecere lateralăliber ă a fluxului de aer.

Fig. 4.180. Variantă constructivă a unui drosel pneumatic cu supapă de sens unic

Compania FESTO produce atât drosele şi supape antitur separate, cât şidrosele integrate cu astfel de supape. Toate variantele prevăd mai multe posibilităţide racordare la diferite ţevi cu diametru M3, M5 – G3/4, sau cu montare directă pecilindru. Modificaţiile droselelor sunt prevăzute pentru reglajul fluxului deacţionare, sau de evacuare, într-un diapazon de 0,1 - 4300 l/min, inclusiv cu o precizie ridicată. Unele din modificaţiile droselelor integrate sunt ar ătate în figura4.181, iar ale supapelor de sens unic, inclusiv comandate – în figura 4.182.




Fig. 4.181. Modificaţii constructive de drosele integrate cu supape de sens unic alecompaniei FESTO

Fig. 4.182. Supape de sens unic simple şi comandate cu semnal pneumatic




4.7.7 Senzori şi traductoare ale companiei FESTO

Compania FESTO a elaborat mai multe tipuri compacte de senzori deproximitate (SME, SMT), special adaptate şi optimizate pentru identificarea poziţiei pistonului pneumocilindrilor (fig. 4.183). Ei se fixează în canelura specială

a unor cilindri, sau în exteriorul lor cu ajutorul unor scoabe speciale, şireacţionează la câmpul magnetului permanent, montat pe piston (fig. 4.184).

Fig.4.183 Senzori de proximitate SME, SMT şi scheme electrice de conectare a lor

Fig. 4. 184. Variante de fixare a senzorilor de proximitate pe cilindri liniari sauoscilanţi

Cele mai simple sunt senzorii de tip hercon (microcontact, comandat de uncâmp magnetic). Contactul de ieşire al lor este calculat la un curent de 0,5 A şi la otensiune continue de 24 V, sau alternativă de 230 V. Însă acest contact nu este protejat la scurtcircuit sau supratensiuni şi are o frecvenţă limitată de comutaţii.

O variantă de senzori f ăr ă contact este bazată pe utilizarea a 4 rezistenţemagnetice, conectate în punte. Când magnetul permanent al pistonului nimereşte înzona de control a senzorului, puntea se dezechilibrează, iar etajul de ieşire cu

BN

BK

BU

RL

BN

BU RL




tranzistor generează un semnal logic de tensiune cu un curent până la 100 mA.Acest etaj asigur ă deja o protecţie necesar ă a semnalului de ieşire.

Au fost elaborate, de asemenea, variante asemănătoare de senzori cu protecţiela temperaturi înalte şi la câmpuri magnetice puternice, care apar în instalaţiileindustriale de sudare, de exemplu de sudare a caroseriei automobilelor.

Dintre variantele speciale poate fi menţionat senzorul pneumatic de proximitate(SMO). El este bazat pe un ventil de distribuţie a aerului comprimat 3/2, care basculează la apariţia câmpului magnetului permanent, generând la ieşire unsemnal pneumatic.

Compania FESTO a elaborat şi traductor analogic de poziţie – SMAT, careasigur ă la ieşire un semnal analogic în tensiune 0-10 V, sau în curent 4-20 mA, lao deplasare a pistonului pe o distanţă de 50 mm (fig. 4.185). Aceste traductoare sefolosesc în buclă închisă de reglare automată pentru o poziţionare exactă aorganului de lucru.

Fig. 4.185. Traductor analogic de poziţie SMAT şi caracteristica sa de ieşire

Compania FESTO produce, de asemenea, şi senzori inductivi (SIED), senzorioptici (SOEG), care au aceeaşi construcţie cilindrică sau dreptunghiular ă tipică şiaceleaşi principii de funcţionare, descrise în capitolul 1.

În figura 4.186, a este ar ătat un releu-regulator electronic de presiune SDE şimecanismul său de fixare. El are la bază un senzor piezometric de măsurare, unmicrocontroler de reglare, programare, testare şi un tranzistor p-n-p la ieşire cu un

curent până la 100 mA şi o tensiune de alimentare de 24 V. Schema electrică deconectare a releului este prezentată în figura 4.186, b. Se produc, de asemenea, şirelee mecanice de presiune.




BNBK

BU

RL14

3

+24V

0V

P

PNPa) b)

Fig.4.186 Releu–regulator de presiune SDE şi schema lui de conexiune externă

Compania FESTO a elaborat, de asemenea, şi debitmetre analogice de aer comprimat. În figura 4.187, a este ar ătat un traductor ultracompact de debit SFEcu indicator digital de vizualizare a debitului aerului comprimat. El asigur ă omăsurare a debitului în diapazonul 0,5-50 l/min, având la ieşire un semnal analogic0-5 V, 2 semnale discrete şi cântărind 90 g.

Măsurarea debitelor de la 200 l/min şi până la 5000 l/min poate fi efectuată cuajutorul unui alt traductor compact - MS6-SFE, care este prevăzut, de asemenea,cu indicator digital (fig. 4.187, b). Însă compania FESTO nu indică principiulsenzorului de măsurare, care stă la baza acestor debitmetre.

a) b)Fig. 4.187. Debitmetre compacte de aer comprimat SFE cu indicator electronic ale

companiei FESTO




4.7.8 Controlere programabile ale companiei FESTO

Compania FESTO a elaborat mai multe tipuri de controlere programabilelogice (PLC) şi componente pneumatice, electropneumatice şi electronice,adaptate şi optimizate special pentru sisteme pneumatice sau electropneumatice de

automatizare. Dintre aceste componente fac parte comando-controlerele, taimerele,contoarele, generatoarele de impulsuri pneumatice, comandate de semnale pneumatice la intrare, pe care le transformă în anumite semnale la ieşire.

În figura 4.188 sunt ar ătate cele mai simple şi mai compacte controlerenemodulare FEC cu 12/8, 16/8, 32/16 intr ări / ieşiri discrete, 3/1 intr ări / ieşirianalogice incorporate şi cu o programare foarte simplă – programare logică.

Fig. 4.188. Controlere programabile simplificate FEC ale companiei FESTO

Aceste controlere pot funcţionaautonom, sau în reţea ca Master (Conducător), sau Slave (Condus) cu 2interfeţe seriale şi 1 interfaţă Ethernetsau Internet. Pentru vizualizarea parametrilor şi semnalelor principale,ele pot fi cuplate la un panou aloperatorului FED-50 cu un indicator digital şi diferite taste operaţionale şifuncţionale (fig. 4.189). A fost elaborat,de asemenea, un controler integrat cu panou de vizualizare într-un singur constructiv, denumit FED-CEC.

Fig. 4.189. Panou al operatorului FED-50 de vizualizare a parametrilor FEC




Pentru sisteme pneumatice multiaxiale, cum sunt, de exemplu, cele de tip portal din figura 4.159,, a fost elaborat un controler modular multiaxial – CMXR (fig. 4.190). El este proiectat pentru 3 axe de bază (X,Y,Z) şi 3 axeauxiliare, Fiind completat cu module adăugătoare de intrare-ieşire, el poatecontrola deja până la 160 de intr ări-ieşiri discrete sau analogice. Evident, că

poziţionarea exactă pe fiecare axă poate fi obţinută numai în buclă închisă cutraductoare incrementale de poziţie, de aceea acest controler include interfeţediscrete de tip ENCODER cu frecvenţe de intrare până la 250 kHz, precum şi ointerfaţă PROFIBUS-DP pentru controlere SIMATIC S7. Pentru programare este prevăzut un software FST (FESTO Configuration Tool) cu limbajul specialFTL (FEST Teach Languaje).

Fig. 4.190. Controler modular multiaxial CMXR cu interfeţe digitale ENCODER

Pentru sisteme de automatizare cu acţionări combinate – pneumatice şielectrice, cum sunt de exemplu cele ale roboţilor industriali cu 4-6 grade delibertate (fig. 4.156-4.157), compania FESTO propune un controler modular asemănător – CECX (fig. 4.191).

Fig. 4.191.Controler modular de mişcare CECX pentru acţionări electropneumatice




Performanţa remarcabilă a controlerelor companiei FESTO o reprezintăterminalele periferice (Terminal) PCX (fig. 4.192, a) cu controler incorporatFieldbus şi o serie întreagă de module electrice sau electropneumatice de intrare-ieşire, care asigur ă o decentralizare a sistemului de automatizare cu insule deventile, o optimizare a lungimii reţelelor pneumatice şi o multiplicare a numărului

de intr ări-ieşiri până la 72, ba chiar mai mult. Modulele cu 4, 8, 16 intr ări-ieşirielectrice au dimensiuni 50x107x50 mm şi sunt divizate în 2 elemente constructive:dispozitivul de bază cu diode LED (fig. 4.192, b) şi placa cu conectoare M12 (fig.4.192, c) (sau de altă configuraţie), pentru conectarea traductoarelor, butoanelor,releelor şi insulelor de ventile cu cabluri speciale (fig. 4.92, d). Primul din stângăeste modulul de reţea Fieldbus, care asigur ă legătura cu controlerul PLC Master.

a)

b) c) d)Fig. 4.192. Controler-terminal periferic PCX cu module de intrare –ieşire




Terminalele (controlerele) periferice PCX FESTO au acelaşi concept şi aceeaşidestinaţie principală de decentralizare a sistemului de automatizare cu insule deventile, ca şi controlerele combinate SIMATIC ET 200 ale companiei SIEMENS,descrise în capitolul 2. Evident, că componenţa modulelor şi funcţiile lor suntdiferite, deoarece corespund nomenclaturii echipamentelor FESTO. Această

nomenclatur ă este relativ mare, însă nu numai în raport funcţional, ci şiconstructiv. În particular, au fost elaborate module de interfaţă cu insulele deventile pentru incorporare atât în terminalele PCX, cât şi module similare demontare şi instalare separată. Ultima grupă de module alcătuieşte împreună cuinsulele de ventile un sistem unic, denumit Installation System CP-EL,

Terminalele PCX însă sunt mai compacte, deoarece toate modulelecomponente de interfaţă , comandă, reglare automată (inclusiv multiaxială),distribuţie, atât cele electrice, cât şi cele electropneumatice (insulele de ventile),sunt integrate într-un singur constructiv. În figura 4.193 sunt ar ătate unele

variante de terminale PCX cu diferite module de interfaţă şi insule de ventile .

a)

b)




Fig. 4.193.Terminale periferice PCX cu diferite module şi insule de ventile




Sistemele de instalare separată a modulelor şi insulelor CP-EL includ, deasemenea, un controler de interfaţă Fieldbus şi aceeaşi gamă de module, însă de oaltă construcţie (fig. 4.194).

Fig. 4.194. Sistem de instalare separată a modulelor şi insulelor CP-EL

4.7.9 Sisteme şi reţele de automatizare cu echipamente pneumatice FESTO

Sistemele de automatizare ale companiei FESTO, la fel ca şi ale companieiSIEMENS, pot avea 3 nivele ierarhice diferite: Industrial Ethernet (Internet),Fieldbus şi AS-Interface. Terminalele PCX includ module de interfaţă nu numaiFieldbus, ci şi Industrial Ethernet. Reţeaua inferioar ă AS-Interface asigur ă olegătur ă eficientă, din punct de vedere economic, a traductoarelor şi elementelor de execuţie cu controlerul reţelei superioare Master prin şina Fieldbus şi printr-unsingur cablu plat (de culoare galbenă sau neagr ă la SIEMENS – vezi capitolul 2) altensiunii de alimentare 24 V, peste care se suprapune şi semnalul de comandă,modulat în frecvenţă înaltă. Însă construcţia modulelor AS-Interface FESTO estediferită faţă de cea a modulelor SIEMENS.

În figura 4.195, a este reprezentat un modul ASI-EVA-4E pentru conectarea a4 traductoare, în fig. 4.195, b – un modul ASI-EVA-MEB-2E pentru conectarea a2 electromagneţi ai ventilelor de distribuţie, în fig. 4.195, c – priza cabluluitensiunii de alimentare 24 V şi de comandă centralizată de la un PLC.




a) b)

c) d)Fig. 4.195. Module şi accesorii de conectare ale reţelei AS-Interface FESTO

Majoritatea sistemelor industriale de automatizare de nivel mediu şi superior necesită utilizarea nu numai a acţionărilor pneumatice liniare sau oscilante, ci şi a

acţionărilor cu motoare electrice rotative şi reglabile în viteză. Utilizarea lor combinată impune acţionărilor electrice puteri relativ mici – până la câţivakilowaţi, realizate, de obicei, cu servomotoare electrice. De aceea companiaFESTO a elaborat, de asemenea, câteva tipuri de astfel de servomotoare şiservoconvertizoare electronice pentru reglarea lină a vitezei acestora. Dintre ele fac parte motoarele pas cu pas EMMS ST cu un unghi de 1,8º şi cu convertoareleCMMS-ST, servomotoarele sincrone cu magneţi permanenţi EMMS AS cuencoder şi cu servoconvertizoare de frecvenţă CMMS-AS, precum şi motoarelecombinate – MTR-DCI de curent continuu f ăr ă colector şi cu convertor electronicincorporat în motor. În figura 4.196 este prezentată structura generală a unuisistem combinat de automatizare cu astfel de acţionări şi în 3 nivele ierarhice,toate fiind realizate cu echipamente ale companiei FESTO.




Fig. 4.196. Structura generală a unui sistem de automatizare în 3 nivele şi cuacţionări electrice şi pneumatice ale companiei FESTO



Partea II:PROCESE Ş I UTILAJE TEHNOLOGICE INDUSTRIALE

NA Ţ IONALE

5. PROCESE ŞI UTILAJE TEHNOLOGICEDIN INDUSTRIA VINICOL Ă

5.1 Clasificarea general ă a ramurilor şi proceselor industriei vinicoleIndustria vinicolă constituie una din ramurile principale ale economiei

Republicii Moldova. Produsul final al acestei ramuri - vinul - se bucur ă de o mare popularitate în republică şi în diferite ţări ale lumii, reieşind din proprietăţile saleoriginale.

Industria vinicolă modernă include mai multe ramuri cu aceeaşi materie primă la bază, însă cu procese şi produse diferite. Dintre aceste ramuri şi procesecele mai principale sunt următoarele [ 24-26]:1) Vinifica ţ ia primar ă cu:

recepţia şi prelucrarea primar ă a strugurilor (zdrobirea, separarea ciorchinelor, bobiţelor şi mustului din boştină);

separarea particulelor solide dispersate din must prin sedimentare gravitaţională,centrifugală sau prin filtrare;

tratamentul termic (termomacerarea prin încălzire – r ăcire);fermentarea mustului la o temperatur ă de 14-16 C şi obţinerea vinurilor;tratarea primar ă a vinurilor (separarea de drojdii, limpezirea, tratarea termică).

2) Vinifica ţ ia secundar ă cu: prelucrarea tehnologică a vinurilor; îmbutelierea şi depozitarea vinurilor.

3) Fabricarea vinurilor spumante (de tip şampanie, vismos şi altele ) cu:fermentarea secundar ă a vinurilor cu maia şi adaos de zahăr (şampanizarea); prelucrarea termică şi filtrarea;îmbutelierea şi depozitarea.

4) Fabricarea b ăuturilor alcoolice tari ( rachiurilor şi coniacurilor) cu:distilarea (fierberea, evaporarea şi condensarea vaporilor de alcool);rectificarea (distilarea repetată).

5) Prelucrarea produselor secundare (de şeurilor) cu : prelucrarea tescovinei pentru obţinerea alcoolului etilic sau îngr ăşămintelor; prelucrarea drojdiilor, sedimentelor de filtrare şi de prelucrare termică.

6) Fabricarea sucurilor din struguri şi din fructe cu:spălarea şi mărunţirea fructelor; presarea şi obţinerea sucurilor; prelucrarea termică a sucurilor şi împachetarea lor.

Toată această varietate de ramuri, operaţii şi procese clasice au la bază ovarietate corespunzătoare de utilaje şi linii tehnologice mecanizate şi automatizate.



5. I NDUSTRIA VINICOL Ă 458

5.2 Linii şi utilaje tehnologice tipice de prelucrare primar ă astrugurilor

5.2.1 Linii şi procese tehnologice tipice principaleDiversitatea mare a proceselor şi utilajelor din industria vinicolă, precum şi

necesitatea mecanizării şi automatizării maxime a operaţiilor tehnologice, acondiţionat organizarea desf ăşur ării proceselor de producţie în linii tehnologicespecializate de prelucrare primar ă a strugurilor în flux continuu sau continuu – discontinuu cu productivităţi de la 10 t/h la 100 t/h. Nomenclatura acestor linii,care depinde de tipul proceselor tehnologice tipice din industria vinicolă, includeurmătoarele variante:

1) Linii tehnologice de prelucrare primar ă a strugurilor pentru obţinereavinurilor albe de calitate superioar ă (marcă), cu o productivitate de 10 - 20 t/h şi ofermentare separată a mustului faţă de boştină.

2) Linii tehnologice de prelucrare primar ă şi obţinerea a vinurilor albe curente(ordinare) prin fermentarea separată de boştină a mustului cu productivităţi de 10-50 t/h.

3) Linii tehnologice de obţinere a vinurilor roşii de calitate superioar ă şicurentă cu o productivitate de 10-20 t/h prin fermentarea mustului în boştină înscopul extragerii substanţelor colorante din peliţa boabelor.

4) Linii tehnologice similare variantei precedente, însă cu o tratare termicăadăugătoare a boştinei (încălzire până la 60-65%, menţinerea la aceastătemperatur ă până la 4 ore, apoi r ăcire) în scopul intensificării extracţiei coloranţilor şi altor substanţe din peliţa boabelor (aceasta operaţie poartă denumirea determomacerare, utilizată pentru vinurile aromatizate de tipul “Cagor, Madera,Heres” şi altele.).

5) Linii tehnologice de obţinere a vinurilor roşii de masă f ăr ă fermentareamustului în boştină, însă cu extrageri repetate a substanţelor colorante prin pompare ciclică a mustului prin boştina, scurgându-l din partea de jos şi pulverizându-l înapoi din partea de sus a extractorului.

Tehnologia de vinificaţie primar ă în alb este cea mai simplă, conţinând unnumăr redus de operaţii principale şi auxiliare şi anume:

recepţia strugurilor şi tratarea lor cu SO2 pentru dezinfectare (în caz denecesitate);

zdrobirea, desciorchinarea, şi evacuarea ciorchinelor; scurgerea şi colectarea mustului – r ăvac (prima fracţie); presarea mustuielii scurse, colectarea mustului r ămas (fracţia a doua) şievacuarea tescovinei;

limpezirea gravitaţională (naturală) şi eliminarea burbei (sedimentului) saufiltrarea;

fermentarea mustului şi obţinerea vinului; prelucrarea primar ă a vinului.

În figura 5.1 este reprezentată vederea constructivă generală a linieitehnologice VPL - 20MZ. Strugurii de poamă sunt descărcaţi din camioane şi




remorci în buncărul 1, care are la fund un şnec de alimentare a zdrobitorului – desciorchinător centrifugal 2. Acesta din urmă asigur ă separarea bobiţelor de poamă, care trec prin orificiile unui tambur perforat la rotirea acestuia, iar ciorchinele r ămân în interiorul tamburului, fiind apoi înlăturate. Bobiţele şimustuiala obţinută alcătuiesc boştina, care este apoi pompată de pompa cu piston 3

în scurgătorul înclinat cu şnec 4. Acesta o deplasează în sus, separând prinorificiile sale I fracţie de must. Jumătatea r ămasă este scursă apoi prin pereţii perforaţi ai presei cu şnec 5.

Fig. 5.1. Linia tehnologică VPL-20 MZ de prelucrare primar ă a strugurilor în alb

În figura 5.2 este ar ătat şnecul de alimentare cu struguri a zdrobitorului – desciorchinătorului. Acesta din urmă poate avea o construcţie verticală sauorizontală, cum este, de exemplu, cel din figura 5.3. Zdrobirea se efectuează cuajutorul a 2 valţuri, care se află la o distanţă mică unul faţă de altul, care se rotescîn sensuri diferite şi printre care se trec ciorchinele.

Fig. 5.2. Şnecul de alimentare al Fig. 5.3. Zdrobitor - desciorchinător zdrobitorului orizontal






În această schemă sunt primite urmă toarele notaţii: 1- mijloc de transport basculant; 2- bunc ăr de recep ţ ie; 3 – zdrobitor - desciorchin ător; 4 - cisternerotative (termostate) cu macerare-fermentare pe bo ştină; 5 - schimb ător decăldur ă; 6 – transportor elicoidal; 7- cisterne de colectare a vinului r ăvac; 8 – pres ă continu ă; 9 – cistern ă de fermentare; 10 – instala ţ ie frigorific ă pentru

r ăcire-înc ălzire a vinului.Macerarea poate fi realizată nu numai prin fermentarea mustului cu boştina, cişi prin încălzire–r ăcire, recomandată când strugurii conţin mucegaiuriconsiderabile. Ca agent termic se foloseşte aburul sau mustul r ăvac încălzit.

5.2.2 Scurgătoare şi prese clasice cu şnecMustul r ăvac se separ ă în scurgător sub acţiunea for ţei gravitaţionale. Acest

proces depinde însă de mai mulţi factori, de exemplu de orificiile scurgătorului,care trebuie să aibă un diametru optim de 2 – 4 mm. În primele 6 – 8 min se scurg

85 – 90 % din tot mustul. Scurgerea ulterioar ă este puţin eficientă. De aceea în prima perioadă separarea mustului trebuie să se desf ăşoare numai sub acţiuneafor ţei gravitaţionale, iar în următoarele 8 – 10 min - printr-o afânare uşoar ă a boştinei. O astfel de afânare o poate asigura scurgătorul elicoidal (cu şnec), permiţând totodată şi eliminarea boştinei. De aceea scurgătoarele cu şnec înclinat(fig. 5.6) au că pătat o largă r ăspândire în liniile tehnologice, cu toate că există şiscurgătoare cu camer ă, înzestrată cu membrane sau cu cilindru perforat.

Fig. 5.6. Scurgător înclinat cu şnec

Scurgătorul cu şnec este format din buncărul 1, cadrul 2, membrana dublă

interioar ă perforată 3, pereţii laterali perforaţi 4, şnecul 5, corpul cilindro-conic perforat 6, colectorul de must 7, racordul de alimentare cu boştină 9, gura deevacuare a boştinei scurse 10 şi agregatul 11 de acţionare electrică a şnecului.






Şnecul de presare are o turaţie de 3,5 rot/min, obţinută de un reductor cucoeficient mare de reducţie. Prinsă între melc şi conul de presare, mustuiala estecomprimată spre pereţii cilindrului perforat, prin orificiile căruia are loc scurgereamustului. Pentru reglarea umidităţii această presă prevede nişte hidrocilindri cuulei, care măresc sau micşorează distanţa dintre conul de presare şi marginea

posterioar ă a cilindrului de presare.Puterea motorului necesar ă pentru acţionarea preselor cu şnec (melc) trebuie săcompenseze 3 componente principale:

P = ( P1 P2 P3 ) / ,Unde P1 - puterea necesar ă pentru învingerea for ţelor de frecare; P2 – putereanecesar ă pentru împingerea boştinei din zona de alimentare, P3 – puterea necesar ă pentru comprimarea boştinei; - randamentul reductorului.

În literatura de specialitate sunt propuse relaţii de calcul analitic pentru fiecarecomponentă, însă aceste relaţii conţin unii coeficienţi, care nu sunt totdeauna

cunoscuţi. În legătur ă cu aceasta a fost propusă şi o relaţie empirică:P = 0,816x10-4 p D3 , kW,unde - viteza unghiular ă a şnecului, 1/s; p – presiunea la ultima spir ă aşnecului, N/m2 (Pa), D – diametrul exterior al şnecului, m.

Presa mecanică cu şnec însă are unele dezavantaje: efectuează o mărunţire aciorchinelor şi seminţelor, de la care vinul capătă un gust amărui şi se limpezeştegreu, condiţionând un procent de drojdie mai mare. O metodă modernă de ridicarea calităţii de presare o constituie reglarea electronică a vitezei şi cupluluimotorului de acţionare a şnecurilor prin alimentarea lui de la un convertizor de

frecvenţă variabilă, care permite totodată o optimizare şi o automatizare a acestui proces.Însă în ultimii ani au fost elaborate unele prese mai performante şi cu procedee

diferite de presare. Dintre acestea fac parte presele pneumatice.

5.2.3 Prese pneumatice moderne

Cele mai calitative sunt presele pneumatice cu tambur orizontal, careasigur ă totodată o reglare flexibilă a umidităţii tescovinei la valori mai mici chiar de 55-65 % şi la un conţinut minim de burbă în must. Calitatea aceasta înaltă estedatorată presării radiale şi nu axiale, ca la presele cu şnec, cu valori mult mai miciale presiunii – 2-3 bar. În al doilea rând, rotirea tamburului asigur ă o amestecare atescovinei, iar divizarea ciclului de presare în mai multe faze cu diferite valori ale presiunii şi automatizarea complexă optimizează acest proces. Singurul dezavantajal preselor pneumatice îl constituie funcţionarea ciclică, însă utilizarea a câtorva prese paralele poate înlătura acest dezavantaj. Dintre presele pneumatice modernecu astfel de performanţe pot fi menţionate presele firmei italiene PADOVAN detipul EPCP - 100, 150, 250 cu încărcare axială şi funcţionare periodică, care au unvolum relativ mare al tamburului – 10000 – 25000 litri. Tamburul orizontal al presei EPCP-150 are o lungime totală de 6,58 m şi un diametru de 1,84 m (în fig.5.8 el este amplasat vertical pentru o vizualizare mai bună ).




Interiorul cilindruluieste separat longitudinal şiasimetric cu ajutorul uneimembrane flexibile din câtevastraturi de pânză sintetică şi

neutr ă din punct de vederechimic. Ea se numeştemembrană de presiune,deoarece separ ă camera de presare a bobiţelor de camerade presiune, în care se aplicăaerul comprimat. Ca urmare, seasigur ă o presare radială şiuniformă a boştinei, utilizând o

presiune relativ mică.Încărcarea tamburului cu boştină se efectuează prinorificiul axial cu un diametruinterior de 125 mm. Pentruscurgerea mustului sunt prevăzute 8 orificii trapezoidalecu membrană, fixate înexteriorul tamburului. Mustul sescurge într-un rezervor, nivelulcăruia este controlat de către untraductor discret de nivel, carecomandă pompa de evacuareP3. După presare tescovina sedescarcă printr-o fereastr ă cucapac ermetic, amplasat în partea centrală şi acţionat de unsistem pneumatică. Pentrudescărcare tamburul se roteşte, până când fereastra ocupă poziţia minimă de jos, după carese opreşte. Apoi capacul sedeschide şi tescovina cade pe o bandă transportoare. Pentru acur ăţi toată tescovina sistemul pneumatic include o pompă devid, care extrage aerul dincamera de presiune, dezlipind

prin vid tescovina lipita de pereţii interiori ai tamburului.Fig. 5.8. Presa pneumatică EPCP –150 a firmei PADOVAN




Schema pneumatică a presei (fig. 5.9) include două surse de presiune a aerului:1) compresorul aerului comprimat C4 (în desen el n-a încă put) cu un motor

asincron de 9 kW, 400 V, 18,5A, care asigur ă o presiune până la 10 bar, micşorată până la 2 – 4 bar cu ajutorul regulatoarelor PR1 şi PR2 cu manometre, care servesctotodată şi ca preparatoare de aer comprimat (vezi paragraful 4.7);

2) pompa centrifugală de vid (vacuum) M1 cu un motor de 4 kW, 400 V, 11A.

Fig. 5.9. Schema de acţionare pneumatică şi automatizare a preselor EPCP - 150

Toate motoarele şi sistemele lor de acţionare sunt nereglabile, adică au oviteză constantă. Motorul de acţionare al tamburului însă prevede o pornire „stea-

triunghi”. Pompa de vid M1, împreuna cu motorul M2 de rotaţie al tamburului de o putere de 5,5 kW, 400 V, 11,5 A, sunt fixate în partea laterală a tamburului – opusă păr ţii de încărcare. Poziţionarea tamburului se efectuează cu ajutorul traductoarelor inductive de proximitate.

Încărcarea axială a tamburului cu boştină se efectuează prin supapa rotitoareCV12 şi ventilul de distribuţie Y12A, Y12B, folosind o pompă auxiliar ănereglabilă M6. Presiunea boştinei este controlată şi stabilizată cu ajutorultraductorului analogic de presiune PT1 şi regulatorului controlerului programabil,care acţionează asupra supapei CV12. Presiunea aerului comprimat de acţionare aacestei supape de 4 bari este reglată de preparatorul PR2 cu filtrul F2. Presiuneaaerului de presare a boştinei este micşorată până la 2 bari de preparatorul PR1 şiaplicar ă discret de ventilul CV5, comandat de controler. Această presiune este




controlată cu un alt traductor analogic de presiune PT2 cu un diapazon -1..+3 bari.Subpresiunea de descărcare a tescovinei este creată de pompa de vid M1 şi reglatăde supapa CV1 cu ventilul său de distribuţie Y1. Pentru a separa cele douădiapazoane de presiune (suprapresiune şi subpresiune ), mai este utilizat untraductor discret de presiune PSH1 cu un diapazon – 1 – 0 bar.

Acţionarea pneumatică a ferestruicii de descărcare a tescovinei este realizatăde pneumocilindrul CP56 cu ventilele sale de distribuţie Y56A, Y56B şi droseleS5-S6, iar poziţiile extreme ale ei sunt controlate de ventilele V4, V5. Schema pneumatică mai prevede un sistem pneumatic şi hidraulic opţional FC4 cu 2robinete CV7-CV8 pentru spălarea automată a tamburului cu apă şi aer de o presiune 2 şi 6 bar la sfâr şitul perioadei de exploatare a presei.

Automatizarea preselor EPCP este realizată de controlerul SIMATIC C7,combinat cu panoul operatorului OP al companiei SIEMENS (fig.5.10,a).

a) b)Fig. 5.10. Controlerul programabil combinat SIMATIC C7 (vedere din spate) şi

panoul lui de comandă (b)Programul de automatizare tehnologică a acestui controler asigur ă

funcţionarea ciclică a preselor EPCP şi o presare optimă a boştinei de poamă.Regimul automat al unui ciclu principal include 5 operaţii de bază (Fig. 5.10, b):

1) Încărcarea axială (axial filling);

2) Presarea prealabilă (pre-pressing);3) Presarea principală (pressing);4) Presarea finală (post-pressing);5) Descărcarea (discharge);În afar ă de aceste operaţii panoul de comandă şi programare mai prevede

următoarele operaţii auxiliare şi regimuri de funcţionare: Spălarea tamburului (washing); Programul special (custom ); Presarea după un grafic (graph);

Setarea (seting) parametrilor constanţi; Setarea semnalelor de alarmă (alarm ); Setarea semnalelor măsurate (probes).




Fiecare din operaţiile (meniurile) principale, menţionate mai sus, includealgoritmul (submeniul) său de funcţionare, care prevede alegerea (setarea) unor parametri optimi, reieşind din condiţiile reale. Operaţia de încărcare axială , deexemplu, presupune alegerea:

a) timpului maximal al unui ciclu de încărcare;

b) presiunii maxime a boştinei, după atingerea căreea se dă comanda „Start”de începere a ciclului principal înainte de terminarea timpului maximal;c) numărului de rotaţii a tamburului;d) temporizării dintre două rotaţii ale lui.

Presarea prealabilă se efectuează în regim intermitent (periodic), aplicând întambur nişte impulsuri de subpresiuni nu mai mari de 0,15 bar, când supapa pompei de vid este deschisă, urmate apoi de nişte pauze de timp, când supaparespectivă se închide. În regimurile de pauză are loc rotirea tamburului, de aceeaaceastă fază impune setarea următorilor parametri:

a) Numărul de impulsuri de presare; b) Valoarea presiunii respective;c) Temporizarea dintre 2 impulsuri;d) Numărul de rotaţii al tamburului în timpul unei pauze.

Presarea de bază este împăr ţită, la rândul ei, în trei faze:1) Regim intermitent de impulsuri de presiune de o valoare mică, dar constantă;2) Regim intermitent de impulsuri de presiune cu o amplitudine crescătoare;3) Regim intermitent de impulsuri de presiune maximă şi constantă 2,0 bar.

Fiecare din aceste 3 regimuri impune alegerea aceloraşi parametri a, b, c, d, caşi în operaţia precedentă, însă cu valori diferite. Operaţia de presare finalădecurge într-un regim intermitent analogic cu suboperaţia a treia, însă la o valoaremaximă posibilă şi constantă a impulsurilor de presiune – 2,86 bar. Pentru regimulde descărcare se impune doar valoarea subpresiunii (vidului) şi a timpului derotaţie a tamburului în secunde.

Productivitatea presei pneumatice poate fi determinată după relaţia:Q = S L K u / tc,

unde S – suprafaţa secţiunii radiale a tamburului, m2; L – lungimea tamburului, m; - densitatea boştinei, kg/m3, K u = 0,4-0,5 – coeficientul de umplere; tc – durata

unui ciclu, s.

5.2.4 Utilaje de sedimentare şi filtrare a produselor vinicole

Filtrarea mustului sau a vinului reprezintă una din operaţiile principale deobţinere a vinurilor de calitate superioar ă. Această operaţie poate fi realizată prin 3metode principale:

1) Prin sedimentare sau limpezire naturală sub acţiunea for ţeigravitaţionale - particulele solide cu o densitate mai mare decât densitatealichidului se lasă la fundul vasului sub formă de precipitat. Această operaţie simplăse mai numeşte decantare, iar aparatele de realizare a ei - decantoare, careasigur ă o durată mare de limpezire – cel puţin câteva ore.




2) Prin separare centrifugală – realizată în centrifuge, separatoare şidecantoare, care asigur ă o durată de filtrare mai mică şi un conţinut de lichid micîn sediment prin deplasarea particulelor solide cu o densitate mai mare spre periferie, având ca elemente de construcţie un tambur perforat (ca cele de separarea zahărului), sau un bloc de talere (farfurii) conice (ca cele de separare a laptelui),

care se roteşte cu o viteză relativ mare – 6000 rot/min. Decantoarele reprezintănişte separatoare centrifugale orizontale cu şnec, destinate pentru cur ăţirealichidelor cu un conţinut relativ mare de impurităţi şi particule solide.

3) Filtrare prin medii (membrane) poroase sau site metalice sub acţiuneaunei diferenţe de presiune (3 - 15) bar dintre medii, create cu ajutorul unei pompecentrifugale. Aceste filtre pot avea o funcţionare periodică (ciclică) sau continuă.

În filtrele presă cu funcţionare periodică pânzele filtrante se instalează deambele păr ţi ale unor rame, montate alternativ cu nişte plăci (fig. 5.11, a). Aceste plăci au ambele feţe striate, iar ramele sunt cadre goale (fig. 5.11, b), de regulă

pătrate, cu laturile 0,5 – 1,5 m şi grosimea de 0,01 – 0,07 m. Un şurub cu acţionaremanuală sau hidraulică realizează presiunea necesar ă pentru etanşare. În rezultatîntre perechile de plăci se formează nişte camere de filtrare. Mustul sau vinul sealimentează printr-un canal,format de găurile de la colţurile plăcilor şi ramelor alăturate.Din acest canal suspensia ni-măreşte în camerele de filtrare prin deschiderile fiecărei rame.Ea trece apoi prin pânzafiltrantă de pe ambele păr ţi alecamerei, scurgându-se în cana-lul de evacuare, format de gă-urile plăcilor şi ramelor de laalte colţuri. Ca urmare, în fie-care camer ă de filtrare se for-mează 2 straturi de sediment peambele păr ţi ale camerei.Spălarea acestui sediment seface introducând apa de spălare prin canalul de alimentare, însăo astfel de metodă nu esteefectivă din cauza stratului desediment neuniform. În legătur ăcu aceasta filtrele moderne sunt prevăzute cu canale şi robinetespeciale de spălare, plasate în partea de jos ( fig. 5.11, c).

Fig. 5.11. Filtru-presă cu rame şi plăci şi cu funcţionare periodicăSs-suspensie; F- filtrat; 1-ram ă ; 2-plac ă ; 3-pânz ă de filtrare; 5-dispozitiv de sp ă lare; 6-Cap fix; 7- cap mobil; 8- dispozitiv de etan ş are; 9- turt ă de sediment.




Procesul de asamblare şi aspectul exterior al unui filtru cu plăci este ar ătat înfigura 5.12.

Fig. 5.12. Procesul de asamblare şi aspectul exterior al unui filtru cu plăci




În afar ă de spălarea dificilă a sedimentului, filtrele cu funcţionare discontinuăau şi alte dezavantaje: consum mare de pânze, scăderea vitezei de filtrare odată cucreşterea grosimii stratului precipitat, productivitate scăzută.

Filtrele cu funcţionare continuă sunt lipsite de aceste dezavantaje. Construcţialor asigur ă, prin divizarea suprafeţei de filtrare în secţiuni, tăierea stratului

sedimentat exterior. Au fost elaborate mai multe variante de filtre celulare: cutambur rotativ, cu discuri şi cu bandă transportoare perforată, sub care suntinstalate nişte cutii cu vid.

În figura 5.13 este reprezentată construcţia simplificată a unui filtru celular cutambur rotativ cu diametrul şi lungimea de 1 – 3 metri. Tamburul este format dindoi cilindri orizontali, coaxiali perforaţi, apropiaţi între ei. Spaţiul dintre cilindrieste împăr ţit în celule în număr de 6 – 20 prin pereţi longitudinali, montaţi radial.Fiecare celulă de filtrare 2 este legată prin intermediul conductelor de legătur ă 4 cuun cap de distribuţie 6, montat la extremitatea arborelui tubular, unit, la rândul sau,

cu pompa de vacuum. Pânza sau sita filtrantă 3 este fixată pe cilindrul perforatexterior al tamburului, care se roteşte cu o viteză de câteva rotaţii pe minut, fiindcufundat în cuva 9 cu must sau cu vin în limitele 20 – 45 % din diametrul sauMustul sau vinul esteabsorbit de către pompa devid prin intermediulcelulelor, cilindrilor şi pânzelor de filtrare 3, iar particulele solide suntreţinute pe suprafaţatamburului. Pentru aasigura o filtrare continuăstratul de sediment estetăiat cu ajutorul unui cuţit, paralel cu tamburul. Fig. 5.13 Filtru celular cu tambur şi cu funcţionare continuă

O construcţie şi o funcţionare asemănătoare o are şi filtrele TAYLO ale firmeiitaliene PADOVAN, care sunt mai performante. Acesta se datorează înlocuirii pânzei de filtrare, care se astupă uşor şi este greu de menţinut activă, cu un materialspecial, numit perlită sau diatomit, produsa în formă de praf. Perlita, fiinddizolvată în apă, poate forma un strat de filtrare pe suprafaţa exterioar ă atamburului, care are o densitate de 0,12 – 0,24 kg/dm3, ceea ce este echivalent cu1,2 – 2,4 kg/m2 a unui strat de 1 cm grosime. Un sac de perlită, de exemplu,dizolvat în apă poate asigura un strat de filtrare de 60 – 70 mm pe o suprafaţă de 1m2 a tamburului. Un astfel de strat se taie foarte uşor cu cuţitul de sedimentuldepus pe el.

Formarea acestui strat se efectuează la pregătirea filtr ării, când în cuvă se toarnăapă, în care se dizolvă perlita. Apoi se porneşte tamburul şi pompa de vid, care-oabsoarbe pe suprafaţa lui, până când apa la ieşire devine curată. După aceasta apase înlocuieşte cu must sau cu vin, destinat filtr ării.O altă particularitate specifică a cestor filtre este deplasarea automată ciclică(înainte-înapoi) a cuţitului de tăiere a sedimentului în funcţie de timp, folosind




pentru aceasta un taimer. Pentru un lichid cu un conţinut de impurităţi mare sealege o temporizare 8-10 secunde şi un avans mai mare (0,3 mm/rot), iar pentru unconţinut de impurităţi scăzut - o temporizare şi un avans mai mic (2-5 s). În funcţiede acest conţinut se alege şi viteza de rotaţie a tamburului, valoarea presiuniividului - respectiv: 1 - 1.5 rot/min, 3 – 4 rot/min, şi 0.3 – 0.5 şi 0.5 – 0.7bar.

O altă particularitate a acestor filtre este reglarea automată a nivelului lichiduluidin cuvă. Necătând la avantajele şi particularităţile filtrelor cu perlită, ele exercită totuşi

o anumită influenţă negativă asupra proprietăţilor colorante şi gustative alemustului. Cea mai calitativă şi performantă metodă de filtrare a mustului însă estecea centrifugală, realizată cu ajutorul separatoarelor centrifugale. Introducerea lor aschimbat în rezultat unele procese şi scheme tehnologice, care au permis obţinereavinurilor de calitate superioar ă.

5.3 Procese şi utilaje moderne de filtrare şi vinifica ţie primar ăCompania germană Westfalia Separator a adaptat separatoarele sale de

cur ăţire a impurităţilor din lapte la cerinţele industriei vinicole, elaborând pentruea o serie întreagă de separatoare şi decantoare de filtrare a mustului şi vinurilor, precum şi o tehnologie nouă de vinificaţie VINEX pe baza lor. Aspectul interior şi exterior general al unor separatoare de vinificaţie ale companiei WestfaliaSeparator cu un bloc de talere conice, care se rotesc cu o viteză de 6000 – 7000rot/min prin intermediul motorului electric de acţionare şi a unei curele detransmisie, sunt prezentate în figura 5.14. Aceste separatoare asigur ă o eliminare periodică şi automatizată a impurităţilor (burbei) din must sau vin, care seacumulează într-un vas alăturat sau incorporat.

Fig. 5.14. Aspectul interior şi exterior al separatoarelor centrifugale WestfaliaSeparator




Utilizarea acestor separatoare pentru filtrarea mustului posedă următoareleavantaje:

- asigur ă o filtrare fină, rapidă şi productivă la o funcţionare continuă;- exclude influenţa negativă a impurităţilor asupra calităţilor gustative;- asigur ă o limpezire şi fermentare mai rapidă cu un conţinut de drojdii redus;

- asigur ă o economie de materiale şi vase de filtrare şi limpezire:- permite o spălare simplă.Gradul sau calitatea de filtrare depind de numărul de turaţii al separatorului,

de numărul, diametrul şi unghiul de înclinaţie al farfuriilor tamburului, precum şide dimensiunile camerei de acumulare a impurităţilor şi de periodicitatea dedescărcare a ei.

În figura 5.15 este reprezentată schema tehnologică generală de prelucrare primar ă a strugurilor de poamă albă, unde boştina de la ieşirea desciorchinătoruluicentrifugal, acumulată în rezervorul 1, este trecută prin scurgătorul 2 şi prin presa

cu şnec 3. Mustul acumulat în rezervorul 4 are o cantitate mare de impurităţi şi particule solide (burbă), care ar putea scoate din funcţie separatorul centrifugal 7.De aceea la început s-a propus o filtrare prealabilă cu ajutorul sitei perforate 6 cu perii rotitoare. Periile 6 ale acestei site cilindrice perforate se rotesc cu ajutorulunui motor, dezlipind particulele solide de pe suprafaţa interioar ă a sitei 3 şiîmpingându-le în jos spre partea conică 5, de unde ele sunt apoi periodic eliminate(fig. 5.16).

Fig. 5.15 Schema tehnologică de prelucrare Fig. 5.16 Sita perforată cu perii primar ă în alb a strugurilor cu filtrare a rotitoare de filtrare prealabilămustului prin separator

Însă îmbibarea acestei site micşora productivitatea de filtrare prealabilă, deaceea Westfalia Separator a propus o metodă mai simplă şi mai efectivă de filtrarea mustului cu un conţinut mare de particule solide (7-15 % din tot volumul) prinutilizarea decantoarelor centrifugale. Spre deosebire de separatoare,decantoarele au deja o altă construcţie, şi anume o construcţie orizontală şi f ăr ă




farfurii conice ale tamburului de rotire, ci cu un şnec coaxial în interiorul lui, carese roteşte cu o viteză mai înaltă (fig. 5.17).

Fig. 5.17. Aspectul interior al unui decantor centrifugal cu tambur şi şnec orizontalPrincipiul de separare al impurităţilor şi particulelor solide în acestedecantoare constă în următoarele. Mustul sau un alt produs nimereşte în cameradin interiorul tamburului şi dintre axul şnecului prin racordul fixat de ţeava axialăa şnecului din partea opusă mecanismului de acţionare. În această camer ă el esteaccelerat până la viteza tamburului, care este relativ mare. Datorită for ţeicentrifugale înalte, impurităţile şi particulele solide se lipesc de suprafaţa interioar ăa tamburului. Însă acest tambur are o formă conică cu un unghi de înclinaţiediferit, îngustându-se mai semnificativ în jumătatea a doua. Ca urmare, stratul de

impurităţi în această jumătate se îngroaşă tot mai mult odată cu îngustareaconului. Acest strat este împins de către şnec spre racordul de ieşire al lui datorităformei corespunzătoare şi vitezei relative mai mari ai şnecului. For ţa de reacţie aconului împinge mustul cur ăţit în direcţie opusă, adică spre al doilea racord deieşire, indicat cu săgeată verticală în figura 5.17.

Compania Westfalia Separator a elaborat câteva variante constructive şi deacţionare electrică a tamburului şi şnecului cu productivităţi 5000-50000 l/h. În particular, eliminarea produsului cur ăţit poate fi sub scurgere liber ă sau sub presiune, utilizând pentru aceasta in disc adăugător. Datorită momentului mare de

iner ţie, acţionarea principală a tamburului izolat necesită un cuplu înalt de rotire,obţinut cu ajutorul unui motor special sau cu un motor standardizat şi un cuplajhidraulic reglabil adăugător. În momentul de faţă acest cuplaj este înlocuit printr-o




reglare frecvenţială lină a motorului standardizat. Acţionarea auxiliar ă a şnecului,de asemenea, poate avea câteva variante. Cea mai simplă dintre ele este cea cuacţionarea şnecului de la acelaşi motor principal printr-un sistem de curele şi rolecu diametru diferit, deoarece viteza şnecului trebuie să fie mai mare decât vitezatamburului. Însă viteza diferenţială în acest caz nu poate fi reglată, iar această

reglare este absolut necesar ă în cazul variaţiei conţinutului de impurităţi în produsul iniţial. O altă variantă de acţionare a şnecului poate fi realizată cu 2reductoare sau cu acţionare hidrostatică. Însă cea mai performantă variantă este ceacu 2 motoare individuale, în care motorul şnecului este alimentat de la convertor de frecvenţă, ceea ce asigur ă o viteză diferenţială flexibilă şi automatizată. O astfelde variantă deschisă a decantorului cu 2 motoare – unul superior şi altul inferior -şi cu transmisie prin curele este reprezentată în figura 5.18, a, iar aspectul exterior general al ei - în figura 5.18, b.

a) b)Fig. 5.18. Aspectul interior şi exterior al unui decantor centrifugal cu 2 motoareSchema tehnologică de prelucrare primar ă a strugurilor de poamă albă cu utilizareadecantorului centrifugal pentru filtrarea mustului este reprezentată în figura 5.19.

Fig. 5.19. Schema tehnologică de filtrare a mustului cu decantor centrifugal




Schema tehnologică de prelucrare primar ă în roşu cu macerare – fermentare lacald şi cu decantor centrifugal pentru extragerea mustului în locul presei estear ătată în figura 5.20.

Boştina este pompată din desciorchinâtorul 1 în cisterna de fermentare 5 prinschimbătorul de căldur ă în spirală 3 şi încălzitorul 4 pentru a ridica temperatura ei

până la 80-85ºC. Pompa 6 are posibilitatea de a amesteca boştina în procesul defermentare pentru aasigura o maceraremai efectivă. Dupăfermentare mustuleste extras din boştinacaldă prin decantorul7, r ăcit înschimbătorul de

căldur ă cu plăci 9 şiacumulat în cisterna10, Aşa dar, în aceastăschemă decantorulînlocuieşte 2mecanisme – presa cuşnec şi filtrul.

Fig. 5.20. Schematehnologică de prelucrare astrugurilor în roşu cudecantor

Conform tehnologiei VINEX, decantoarele se folosesc nu numai pentru fil-trarea mustului, ci şi pentru separarea altor produse vinicole cu grad înalt deimpurităţi, de exemplu a vinului r ămas în drojdii (figura 5.21).

Fig. 5.21. Instalaţie de separare a vinului r ămas în drojdii cu decantor centrifugal




Producerea vinurilor de calitate înaltă, şi mai ales a vinurilor spumante dulcişi şampaniei, necesită mai multe operaţii de filtrare, inclusiv filtrarea fină. Pentruaceastă filtrare compania Westfalia Separator a elaborat nişte separatoarecentrifugale speciale de productivităţi de la 500 l/h până la 32000 l/h, care asigur ă

o eliminare automatizată a impurităţilor în funcţie de mai multe criterii sau principii. Unele din aceste separatoare sunt reprezentate în figura 5.22, iar utilizarea lor într-o instalaţie reală - în figura 5.24.

Fig. 5.22.Variante de separatoare centrifugale de filtrare fină a produselor vinicolePrimul din aceste separatoare asigur ă o eliminare automatizată simplă a

impurităţilor – ciclică în funcţie de timp. Cel de-al doilea tip însă este înzestrat cutraductoare, care controlează starea reală a camerei interioare de acumulare aimpurităţilor sau limpezimea vinului în conducta de ieşire.

Controlul stării reale a camerei de acumulare a impurităţilor are o importanţădeosebită, deoarece dacă această camer ă este supraîncărcată, calitatea filtr ăriiscade substanţial, iar în caz contrar se pierde o parte din produs. Pentru a realizaacest control a fost elaborat un traductor special, senzorul căruia are la bază unlichid sensibil. Întreruperea fluxului acestui lichid corespunde umplerii optime acamerei de impurităţi, când se dă comandă ventilului solenoid de deschidere a apeişi de acţionare a mecanismului de înlăturare a impurităţilor. Acest principiu deautomatizare, utilizat pentru filtrarea vinurilor roşii, este ilustrat schematic înfigura 5.23, a.

O altă variantă de automatizare, reprezentată în figura 5.23, b, prevede untraductor fotoelectronic, fluxul de lumină al căruia controlează limpezimea vinuluialb în conducta de ieşire a separatorului. Micşorarea acestui flux este condiţionată






5.4 Utilaje tehnologice pentru prelucrarea termic ă a produselor vinicole

Deoarece produsele vinicole prelucrate termic au proprietăţi fizice diferite,utilajele de prelucrare a lor, de asemenea, sunt diverse. După natura operaţieitermice ele se clasifică:

Utilaje pentru macerarea termică (extracţia culorii roşii din peliţa boabelor); Utilaje pentru încălzirea mustului; Utilaje pentru refrigerarea mustului şi vinului; Utilaje pentru pasterizarea vinului.Clasificarea după modul de transmitere a că ldurii: Utilaje cu transfer de căldur ă direct (amestec direct); Utilaje cu transfer de căldur ă indirect (agentul termic este separat de produs);Clasificarea după natura agentului termic:

Utilaje cu abur saturat; Utilaje cu apă caldă sau rece; Utilaje cu saramur ă sau alţi agenţi frigorifici (amestec de apă-alcool, apă-

glicerină, apă-etilen-glicol, freon);După principiul schimbă toarelor de

că ldură :Ţeavă în ţeavă (ţevi coaxiale);Multitubulare cu transmitere indirectă a căldurii;Cu manta (perete dublu montat în jurul aparatului);

Cu plăci metalice montate în serie şi înşurubate;Mixte (combinate);Schimbătoarele de căldur ă de tip „ţeavă în ţeavă”

sunt construite din două ţevi coaxiale, prin carecirculă cele două fluide în contrasens. Secţiile ţevilor sunt montate în paralel (fig. 5.25) sau serpentină. Fig.5.25 Schimbător de căldur ă

La schimbătoarele multitubulare verticale ţevile paralele 1 sunt prevăzute cu o camer ă de distribuţie4 în partea de sus şi o camer ă 4 în partea de jos, prin care se evacuează mustul sau vinul, iar spaţiuldintre ţevi este separat de cele două camere dedistribuţie prin două capace 2, sudate în jurulţevilor (fig. 5.26). Dacă prin spaţiul dintre ţevicirculă abur, atunci mantaua exterioar ă 3 trebuie sămai prevadă un racord adăugător 5 în partea de jos pentru evacuarea condensatului. Acesteschimbătoare pot fi folosite în scopuri multiple: preîncălzire, încălzire, r ăcire, recuperare.

Fig.5.26 Schimbător multitubular




Cea mai largă r ăspândire însă au că pătat-o schimbătoarele de căldur ă cu plăci,care posedă următoarele avantaje:

asigur ă un randament ridicat datorită suprafeţelor mari de transfer al căldurii şi principiului turbulent de circulaţie al lichidului prin ondulaţiile plăcilor;

posedă gabarite, mase şi grosimi mici ale plăcilor;

asigur ă o rezistenţă hidraulică respectiv mică;exclud depuneri mari şi permit o cur ăţire uşoar ă a lor;asigur ă o adaptare uşoar ă la diferite scopuri de transmitere a căldurii.Aceste schimbătoare sunt

alcătuite dintr-un număr marede placi metalice subţiri dinoţel inoxidabil, sau aluminiu,cu 4 găuri la colţuri, princare circulă în contracurent

ambele lichide - receşi fierbinte (fig. 5.27, a).Circulaţia acestor a)lichide alterează, adică dacă prin una trece lichid rece,atunci prin următoarea – lichidfierbinte. Plăcile sunt strânse cuun dispozitiv de strângere cuşurub, pentru ca orificiile să

servească ca conductă. Pesuprafaţa plăcilor sunt ştanţatecanale ondulate adânci de 3-6mm şi late de 20-80 mm(fig. 5.27, b).

b)Fig. 5.27. Schimbător de căldur ă cu plăci

5.5 Linii tehnologice automatizate de îmbuteliere a vinurilor

5.5.1 Noţiuni generale şi clasificareÎmbutelierea vinurilor, efectuată în butelii de sticlă de 600-1000 ml, constituie

un proces tehnologic complex, în cadrul căruia se disting următoarele operaţii : extragerea buteliilor din cutii; aşezarea lor pe banda de transportare către maşina de spălat sau de clătit; spălarea sau clătirea şi dezinfecţia buteliilor; controlul buteliilor spălate (al stării lor de cur ăţenie); umplerea buteliilor cu vin;

doparea sticlelor împlute; clătirea exterioar ă a sticlelor împlute; capsularea dopurilor şi verificarea vizuală;




uscarea sticlelor; etichetarea buteliilor; ambalarea şi împachetarea sticlelor (în cutii de carton).În prezent operaţiile tehnologice menţionate se efectuează cu ajutorul unui

ansamblu de maşini şi utilaje automatizate, dispuse într-o anumită ordine şi într-ofuncţionare coordonată, care alcătuiesc o linie tehnologică de îmbuteliere.Transportarea sticlelor de la o maşină la alta, sau de la un mecanism la altul, seface cu ajutorul unor benzi transportoare sau conveiere cu plăci. Aceste conveiere pot aluneca sub butelii în caz de acumulare şi stopare a acestora.

Maşinile şi mecanismele automate, împreuna cu conveierele, pot fi amplasateintr-o linie dreaptă, sau într-o formă dreptunghiular ă. Fiecare din aceste douăvariante are avantajele şi dezavantajele sale. O productivitate mai mare poate fiobţinută la asamblarea mecanismelor într-o linie dreaptă, însă în cazul al doilea seobţine o economie de spaţiu sau suprafaţă de producţie. Pentru a asigura o

productivitate maximă a tuturor maşinilor şi liniei în ansamblu între automateleoperaţiilor finale, sunt prevăzute nişte transportoare-acumulatoare (tampon) de olăţime mai mare, egală cu lăţimea a 3-4 sticle, în comparaţie cu lăţimea obişnuităde o singur ă sticlă a benzii transportoare cu plăci. Datorită acestor benzitransportoare de acumulare a sticlelor, întreruperile temporare în funcţionarea unor automate nu afectează substanţial asupra productivităţii celorlalte maşini şimecanisme (dacă întreruperile menţionate nu depăşesc limita rezervată de timp).

Există mai multe tipuri de linii tehnologice de îmbuteliere, de aceea ele seclasifică după anumite criterii. După destinaţie, de exemplu, ele pot fi pentru

îmbutelierea vinurilor obişnuite sau spumante, cum ar fi şampania. După gradulde automatizare liniile de îmbuteliere pot fi par ţial automatizate sau completautomatizate. În raport cu capacitatea sau productivitatea lor de lucru liniile deîmbuteliere pot avea:

O capacitate mică (până la 3000 but/or ă); O capacitate mijlocie (3000-12000 but/or ă); O capacitate mare (12000-36000 but/or ă); O capacitate foarte mare (mai mare de 36000 but/or ă)

Una din cerinţele tehnologice principale către liniile de îmbuteliere o

constituie sterilitatea proceselor, care subînţelege o afectare cât mai redusă avinurilor cu diferite microorganisme, care influenţează substanţial asupra calităţiişi termenului de păstrare a vinurilor, mai ales asupra sorturilor cu un anumitconţinut de zahăr. Această cerinţă depinde într-o mare măsur ă, de temperaturavinului în momentul umplerii buteliilor. În legătur ă cu acest parametruîmbutelierea poate fi efectuată la temperatura mediului ambiant (la rece) sau latemperatur ă ridicată (la cald).

Îmbutelierea la rece poate fi realizată în 2 variante. În prima din ele vinul seîncălzeşte până la circa 60-65 C (se pasteurizează), iar apoi se r ăceşte într-unschimbător de căldur ă până la 15 – 20 C, trecându-se înainte de îmbuteliere printr-un filtru cu plăci. A doua variantă la rece constă în filtrarea vinului prin nişte filtrespeciale cu un strat filtrant sub formă de membrană.




Îmbutelierea la cald se realizează, de asemenea, în două variante. În primavinul se încălzeşte într-un schimbător de căldur ă până la 50–55C, iar apoi seîmbuteliază în această stare în sticle preîncălzite până la 35C. La cea dea douavariantă vinul se încălzeşte (se pasteurizează) până la o temperatur ă mai mare - 75C, însă un timp scurt (15–20 secunde, ca să nu influenţeze asupra proprietăţilor lui), iar apoi se aduce printr-un schimbător de căldur ă până la aceeaşi temperatur ă50–55 C şi de îmbuteliere în sticle preîncălzite până la 35C. Evident, că pentru oîmbuteliere sterilă maşinile automate, începând de la zona de spălare şi terminândcu cea de dopuire, trebuie să corespundă anumitor cerinţe sanitare.

5.5.2 Maşini automate de spălat sau clă tit sticle

În trecut sticlele de vin se recepţionau de la populaţie şi se utilizau de maimulte ori. De aceea ele se spălau înainte de îmbuteliere în maşini speciale de

spălat, care înlăturau totodată şi eticheta veche. Aceste maşini asigurau spălareasticlelor în mai multe etape: spălarea prealabilă de murdăriile exterioare,înmuierea lor într-o cadă cu apă fierbinte cu sodă, înlăturarea etichetelor vechi,spălarea definitivă într-o cadă cu apă alcalină fierbinte şi ş priţuirea finală cu apămai întâi caldă şi apoi rece.

În prezent îmbutelierea vinului se efectuează, de regulă, ca şi la şampanie -numai în sticle noi, de aceea maşinile de spălat sunt înlocuite cu maşini de clătit,care sunt mai simple. Clătirea interioar ă şi exterioar ă se efectuează în decursul uneirotaţii a caruselului, care prevede o r ăsturnare a sticlelor cu fundul în sus pentru o

ş priţuire interioar ă a apei fierbinţi sub presiune sau a soluţiei de spălare. Apoiurmează o pauză de timp pentru scurgerea apei. Pentru vizualizarea acestor operaţii, carcasa exterioar ă a maşinii este confecţionată din sticlă transparentă.

Ca exemple de maşini automate de clătit poate servi maşinile IND – WASH55RR ale firmei bulgare INDEX-6, maşinile companiilor germane - „BuhmanMarketing Grup” (fig. 5.28). sau italiene BEMECO (fig. 5.29), însă oricare dinaceste variante are o construcţie de tip carusel rotitor şi un panou de comandă.

Fig. 5.28 Maşini automate moderne de clătire a sticlelor




Fig. 5.29. Maşină automată de clătire a companiei italiene BEMECO

5.5.3. Maşini automate de umplere a sticlelor

Pentru umplerea sticlelor cu vin, sau cu alte băuturi, au fost elaborate maimulte tipuri de maşini automate cu dozatoare de diferite productivităţi şi principii,însă toate au construcţie de tip carusel rotitor şi o acţionare electrică reglabilă.Umplerea sticlelor cu vin f ăr ă gaze se efectuează, de regulă, pe baza principiuluigravitaţional la o presiune atmosferică (barometrică) normală, iar a vinurilor spumante - la o presiune ridicată (suprapresiune) în rezervorul de umplere almaşinii şi în sticle, pentru a nu pierde proprietăţile spumante. Maşinile occidentalefolosesc larg, de asemenea, şi îmbutelierea sub vid (vacuum), extr ăgând la începutaerul atât din rezervorul cu vin, cât şi din sticlă (prin canalul de extragere a aerului,

ceea ce simplifică construcţia şi elimină aeraţia vinului la umplere. Presiuneavidului poate fi scăzută sau ridicată, în funcţie de densitatea lichidului.




Indiferent de presiunea de umplere, dozarea vinului în sticle se efectuează îndouă variante principale: după volum sau după nivel constant. În prima variantădozatoarele includ un pahar cu reglare variabilă a volumului şi o supapă deumplere a paharului, precum şi una de umplere a sticlei.

O maşină de umplere după nivel conţine o carcasă imobilă, un rezervor

cilindric rotativ, în care se stabilizează nivelul lichidului, un număr oarecare dedozatoare universale, masa rotativă cu acelaşi număr de măsuţe coaxiale, careasigur ă ridicarea şi coborârea sticlelor către şi de la dozatoare, roţile de acţionareale mecanizmelor de atracţie a sticlelor goale şi de îndepărtare a sticlelor împlute;sistemul de acţionare electrică reglabilă cu o schemă cinematică complexă deantrenare a tuturor organelor mobile; conductele de alimentare (fig. 5.30).Supapele de umplere nu se deschid până nu sunt atrase şi fixate sticlele goale.Sticlele se umplu până la nivelul constant din rezervor. Viteza de rotaţie acaruselului se alege în dependenţă de timpul de umplere a sticlelor şi de

productivitatea necesar ă.

Fig. 5.30. Maşină automată de umplere a companiei italiene BEMECO




Compania italiană BEMECO, la fel ca şi firma bulgar ă INDEX sau firmeleruseşti, produc toată gama de maşini de îmbuteliere, inclusiv maşini de umpleresimple sau complexe (universale), de exemplu IND-DOSE 46 LV-12. Acestemaşini asigur ă o productivitate de la 2000 la 12000 sticle pe or ă, având diferite principii de umplere – după nivel sub vacuum, după volum sau după masă.

Fiecare maşină are sistemul său propriu de acţionare şi automatizare, realizat cu uncontroler programabil. Însă toate controlerele individuale sunt conduse de uncontroler central, care asigur ă automatizarea liniei în ansamblu.

5.5.4. Maşini automate de fixare a dopurilor

Există o diferite tipuri de dopuri – de plută naturală sau de polietilenă, la felca şi o diversitate de maşini de fixare a lor, inclusiv şi maşini complexe deumplere şi dopuire. În figura 5.31 este reprezentat un principi de fixare a

dopurilor. Aprovizionarea cu dopuri este asigurată de buncărul 7 şi de conducta dedopuri 6. Însă dopul nimereşte în mecanismul de recepţie a manşonului 11 numaicând sticla ajunge în poziţia coaxială cu manşonul, acţionând asupra tijei 2.Aceasta din urmă deschide supapa aerului comprimat, care fixează dopul înmanşon. La comanda modelatorului 9 manşonul 11 se deplasează în jos şi secentrează pe gâtul sticlei,continuând să se rotească împreunăcu caruselul mesei. În acest timp unalt modelator 8 acţionează plungerul din interiorul manşonului,care deplasându-se în jos, preseazădopul în sticlă. După aceasta, subacţiunea aerului comprimat dincilindrul 12, mecanismul deaprovizionare cu dopuri seîndepărtează, iar plungerul cu totmecanismul de dopare revine în poziţia iniţială de sus. Apoi începeun nou ciclu de funcţionare, sticladopată fiind transferată conveieruluide transportare spre automatulurmător.

Fig. 5.31. Principiu de fixare a dopurilor

Există, evident, şi unele principii de fixare a dopurilor sticlelor, care puţindifer ă de cel clasic şi simplu, descris mai sus.Unele maşini moderne de dopuire, de exemplu IND-CLOSE-11 SP (fig. 5.32),asigur ă în plus o comprimare circular–laterală a dopului până la un diametru ceva

mai mic decât diametrul gâtului buteliei. Aceasta comprimare uşurează împingereadopului în gâtul buteliei.După dopuire se verifică corectitudinea executării acestei operaţii.




În figura 5.32 este reprezentată o maşină automată modernă de dopuire acompaniei BEMECO. Coşul cu dopuri este fixat în partea de sus a maşinii, la fel caşi panoul de comandă. Legătura cu conveierul de transportare a sticlelor seefectuează cu ajutorul a 2 punţi laterale.

Fig. 5.32. Maşină automată modernă de fixare a dopurilor

5.5.5. Maşini automate de etichetare a buteliilor

Există diferite tipuri de astfel de maşini, însă ele au o construcţie, deasemenea, de tip carusel, cu roţi stelate pentru introducerea şi îndepărtarea buteliilor etichetate. Însă mecanismul lor principal este cel de aplicare a etichetelor pe butelii, precum şi mecanismul de depozitare a etichetelor. Maşinile mai vechi

prevedeau şi un dispozitiv cu perii de ungere a etichetelor cu clei şi de netezire aacestora.




Maşinile firmei INDEX (fig. 5.33) prevăd nişte etichete autocolante circulare, precum şi nişte dispozitive de aplicare a etichetelor mai complexe, inclusiv şi de lagâtul buteliilor (în forma unei banderole) sau a capsulei, numită şi capişon.Acesta din urmă se aplică pe gâtul şi gura buteliei în scop decorativ şi pentru a proteja dopul. El poate fi confecţionat din metal (staniol, aluminiu), materiale

sintetice (polietilenă), folii de staniol sau hârtie (pentru vinuri spumante).

Fig. 5.33. Maşină modernă de etichetare a sticlelor a firmei INDEX

5.5.6. Maşini automate de ambalare a sticlelor în lăzi sau cutii

În figura 5.34 este reprezentat automatul B2 – VUU-6, destinat pentruambalarea sticlelor în lăzi şi invers. Acest automat este compus din următoarelemecanisme: carcasa; mecanismul de apucare a sticlelor; mecanisme de orientare,ridicare şi deplasare a lor cu acţionări pneumatice liniare sau oscilante;transportorul de deplasare a lăzilor sau cutiilor; măsuţa pentru sticle; mecanismulde centrare a sticlelor în raport cu lada; aparatajul electric şi pneumatic cu tabloulsău de comandă. Mecanismul de apucare are ca organe de aplicare nişte cleşte, carese fixează pe traverse mobile şi care prind gâtul sticlelor. Apoi el le ridică şi ledeplasează spre transportorul de lăzi, unde un alt mecanism aduce şi pregăteştelada goală. Ea se opreşte în faţa axei mecanismului de prindere. Apoi în ladă selasă caseta de centrare. După aceasta mecanismul de prindere aşează sticlele încasetele lăzii, apoi se ridică şi se îndreaptă spre măsuţa cu sticle. Concomitentcaseta de centrare se ridică deasupra lăzii, care apoi este scoasă din automat, iar înlocul ei vine alta.




Fig. 5.34. Automat de scoatere–instalare a sticlelor în lăzi

5.5.7 Conveiere de transportare a sticlelor liniilor de îmbuteliere

Stabilitatea, flexibilitatea şi productivitatea liniilor de îmbuteliere depinde

într-o mare măsur ă de sistemele lor de acţionare şi de automatizare. Pentru aceastamaşinile cu mişcare de rotaţie şi conveierele se înzestrează cu acţionări electricereglabile, care asigur ă o reglare lină a vitezei lor, începând de la zero şi până laviteza nominală. Această reglare asigur ă o sincronizare şi o coordonare afuncţionării tuturor maşinilor, micşorând totodată zgomotul la ciocnirea sticlelor şiexclude r ăsturnarea lor la pornirea conveierului. În prezent reglarea vitezeimotoarelor asincrone se efectuează cu ajutorul convertoarelor de frecvenţă cumodulaţie în frecvenţă înaltă (PWM) a tensiunii de ieşire.

Conveierul cu placi este alcătuit, de regulă, din mai multe secţii de lăţime

diferită cu acţionare individuală. Motorul, reductorul şi convertorul alcătuiesc unsingur bloc. Acţionarea secţiilor înguste ale conveierului cu plăci este asigurată demotor-reductorul 1 de mică putere (750 W) prin intermediul roţilor dinţate 2 şi 3




(fig. 5.35, a). Pe rama conveierului 4, la o înălţime de 1m, sunt montate toateelementele constructive, inclusiv şi traductoarele 5, care controlează fluxul desticle de pe plăcile 6. Construcţia conveierului mai prevede şi mecanismele 7 şi 8de reglare a lăţimii benzii. Micşorarea frecării dintre plăci şi directoarele 12 seefectuează cu ajutorul foilor de masă plastică 11.

Primele secţii au o lăţime mică, pentru a transporta sticlele într-un singur rând.Ultimele secţii servesc ca acumulatoare, de aceea au o lăţime mai mare, deexemplu de 4 sticle (fig. 5.35, b). Datorită lor, pauzele scurte ale unei maşini nuafectează uniformitatea maşinii de împachetare 4. Acumulatoarele din figura 5.35sunt amplasate la cotitura liniei în formă de U. Încărcarea acumulatoarelor estecontrolată de 2 traductoare, care generează semnale de comandă controlerului principal pentru a micşora productivitatea maşinilor de umplere, dopuire şietichetare, când numărul sticlelor depăşeşte 75 % din valoarea maximă. Cândacest număr atinge valoarea de 100%, toată linia se opreşte în mod automat.

a) b)Fig. 5.35. Proiecţii constructive ale unui conveier cu plăci de îmbuteliere asticlelor



6. UTILAJE TEHNOLOGICE, MA ŞINI, APARATE, AC ŢIONĂRIŞI AUTOMATIZ ĂRI DIN INDUSTRIA ZAH ĂRULUI

6.1 Procese şi opera ţii tehnologice de producere a zah ărului

Materia primă autohtonă de fabricare a zahărului o constituie sfecla de zahăr,care conţine 16-17 % de zahăr, adică din 100 kg de sfeclă se pot obţine teoretic 16-17 kg de zahăr. În realitate însă, din cauza pierderilor de producţie, se obţinaproximativ 14 kg.

Fabricile de zahăr reprezintă nişte întreprinderi cu o producţie relativcomplexă, multifuncţională, interdependentă şi continuă. Ele conţin o varietatefoarte mare de utilaje şi aparate: hidromecanice, mecanice, pneumatice,electromecanice, electrice, termice, chimice, electronice, metrologice ş.a. Toate

aceste utilaje consumă o cantitate relativ mare de energie electrica şi termică. Deaceea toate fabricile de zahăr au centrale electrice cu termoficare proprii, unde suntinstalate 2 cazane cu abur de o productivitate de 50-75 tone de abur pe or ă şi 2generatoare electrice sincrone de o putere de 6 MW. Aburul de la ieşireageneratoarelor este utilizat în diferite procese tehnologice de încălzire

Multe procese tehnologice utilizează foarte multă apă, de aceea fabricile dezahăr consumă 200-300 m3 /h de apă proaspătă, cu toate că o bună parte din apăeste reciclată. În legătur ă cu aceasta ele prevăd în preajma lor unul sau mai multerezervoare de apă (iazuri).

În Moldova au fost construite 9 fabrici de zahăr, capabile să prelucreze 2500-3000 tone de sfeclă în 24 ore şi să producă 200-300 tone de zahăr în acest timp.Însă, din lipsă de materie primă suficientă, din cauza scumpirii surselor de energieşi a unei concurenţe aspre pe piaţa mondială de zahăr, produs din trestie, în prezentcâteva fabrici au fost închise, iar celelalte au fost privatizate de unele companiistr ăine. Fabricile din Făleşti şi Drochia, de exemplu, au fost privatizate decompania germană SUDZUCKER.

După destinaţia proceselor tehnologice fabricile de zahăr pot fi împăr ţite înmai multe secţii (staţii), în care procesele sunt strâns legate. Cele mai importantesecţii prevăd următoarele opera ţii principale (fig. 6.1 ):

- depozitarea, transportarea şi cur ăţirea sfeclei;- prelucrarea sfeclei şi obţinerea (extragerea) sucului de difuzie;- prelucrarea şi uscarea boştinei;- pregătirea laptelui de var şi obţinerea bioxidului de sulf;- cur ăţirea sucului de difuzie (staţia de cur ăţire şi înălbire);- fierberea sucului de zahăr şi obţinerea siropului (staţia de vaporizare);- centrifugarea şi separarea cristalelor de zahăr (secţia de cristalizare);- uscarea şi împachetarea zahărului.Toate aceste operaţii principale includ, la rândul lor, mai multe procese sau

faze, iar secţiile menţionate au schemele lor tehnologice, electrice, termice,hidraulice, pneumatice şi de automatizare. Schema tehnologică generală a lor estereprezentată în figura 6.2, în care sunt utilizate schimbătoare de căldur ă cu plăci.



6. I NDUSTRIA ZAH Ă RULUI 490

Fig. 6.1. Schiţa secvenţială a operaţiilor tehnologice de producere a zahărului




6.1.1 Transportarea şi cur ăţ irea sfeclei

Sfecla adusă de pe câmpuri este descărcată lângă fabrică cu ajutorul unor maşini mobile speciale de descărcare-aranjare, amplasate pe şasiul unui tractor T-75 şi dotate cu un sistem hidraulic puternic pentru r ăsturnarea autocamioanelor

încărcate cu sfeclă. Ea este descărcată mai întâi într-un buncăr, iar după o cur ăţire primar ă de pământ este aranjată cu ajutorul unui transportor rotitor în cagate .Acestea reprezintă nişte gr ămezi alungite de sfeclă de o formă triunghiular ă cu oînălţime până la 8 m, o lăţime la bază până la 20 m şi o lungime de 100 – 150 m.Sfecla este aranjată în aceste gr ămezi pe nişte suprafeţe betonate (sectoare) delângă fabrică, numărul cărora variază între 12 şi 15. De-a lungul fiecărei suprafeţespre fabrică trece un canal betonat de o adâncime variabilă până la 1,5 m şi de olăţime 0,5-1,5 m. Fundul fiecărui canal serveşte ca bandă transportatoare, legată dehidrotransportorul principal, care duce spre fabrică şi care are un anumit unghi de

înclinaţie. Sfecla este împinsă în canal cu ajutorul apei de o presiune înaltă, iar viteza ei de deplasare pe fundul canalului depinde de cantitatea de apă împroşcatăşi de unghiul de înclinaţie al canalului.

Hidrotransportorul principal de lângă fabrică poate fi plasat, în funcţie derelief, pe unul sau 2 nivele: unul primar sau inferior (de jos), iar altul secundar sausuperior (de sus). La începutul nivelului inferior este instalat un separator depământ şi nisip de o capacitate mare. După aceasta amestecul de apă şi sfeclă estetrecut prin nişte separatoare de frunze şi de pietre. Astfel de separatoare suntmontate şi la nivelul superior. Amestecul de apă şi sfeclă se ridică la acest nivel cuajutorul unor pompe speciale cu o viteză de câteva sute de rotaţii pe minut şi cunişte palete de aşa construcţie, încât să împingă nu numai apa, ci şi sfecla.

După aceasta sfecla este separată de apa murdar ă de transportare şicondusă în ma şina de sp ălat (мойка – fig. 6.2 ) pentru cur ăţarea şi spălarea finală.Această maşină are construcţia unui tambur orizontal cu palete, care roteşte sfeclaîn apă, cur ăţind-o în aşa mod. Separarea sfeclei de apă se efectuează cu ajutorulunor separatoare înclinate cu gratii. Apa murdar ă separată este pompată apoi înnişte rezervuare speciale, de regulă de o formă circular ă, în care se cur ăţeşte şi selimpezeşte. După aceasta ea se foloseşte din nou pentru transportarea sfeclei.

6.1.2 Prelucrarea sfeclei şi ob ţinerea sucului de difuzie

După cântărire în cântare cu func ţionare ciclic ă şi după separare de impurităţiferomagnetice, sfecla spălată este ridicată cu ajutorul unei benzi transportoare cucăuşe (elevator ) intr-un buncăr, plasat deasupra ma şinilor de t ă iat(измельчитель –fig. 6.2) . Acest buncăr serveşte ca rezervor-tampon şi are ca scopalimentarea neîntreruptă cu sfeclă a maşinilor de tăiat. Tăiţeii de sfeclă din maşinicad pe o bandă transportoare, care îi duc spre aparatele de difuzie. Bandatransportoare a lor este înzestrată cu nişte cântare automate, care servesc ca

traductoare de masă pentru aparatele de difuzie. În aceste aparate are loc extragereazaharozei din sfeclă prin metoda difuziei, esenţa căreea constă în prelucrareatăiţeilor cu apă fierbinte.




Aparatele de difuzie au forma unui uluc înclinat sub un unghi de 8-10şi de ocapacitate mare - 160-200 m3 , ceea ce impune o lungime de la 20 la 30 m. Tăiţeiide sfeclă sunt încărcaţi în aparat în partea de jos a lui, prevăzută cu un buncăr.Apoi ei sunt transportaţi în sus cu ajutorul a 2 şnecuri cu un diametru de 2,4-2,6 m,care se rotesc foarte lent (cu o viteza de 0,4-1,2 rot/min). Extragerea zaharozei din

sfeclă se efectuează cu ajutorul apei fierbinţi de o temperatur ă de 60-70 С , care seaplică în partea de sus a aparatului şi care se scurge apoi în jos împotriva deplasăriisfeclei. În rezultat apa din partea de jos a aparatului se transformă în suc de difuziecu o concentraţie a zaharozei de ~13%, iar tăiţeii de sfeclă din partea de sus – înbo ştin ă (пульпа или жом – fig. 6.2 ). Eliminarea acestea din aparat se efectueazăcu ajutorul unei roţi cu căuşe perforate, care este plasată în partea de sus şi care seroteşte cu o viteză de 3-4 rot/min cu ajutorul unui motor individual de putere mică.Pentru a micşora pierderile de zaharoză, boştina se presează, iar apa extrasă după presare şi filtrare este reîntoarsă din nou în aparat.

Pentru optimizarea şi stabilizarea temperaturii procesului de difuzie(extracţie), aparatul este prevăzut în exterior cu 2 carcase împăr ţite în mai multecamere - cămăş i, în care se aplică abur încălzit la temperatura de 62-72 С . Suculde difuzie însă este separat de sfeclă cu ajutorul unei site în partea de jos aaparatului şi după r ăcire în schimbătoarele 4 este transmis în secţia de cur ăţire.

6.1.3 Cur ăţ irea sucului de difuzie

Sucul de difuzie conţine mai multe impurităţi cu proprietăţi diferite, careîmpiedică fierberea lui şi obţinerea zahărului. Pentru eliminarea acestor impurităţisucul de difuzie este supus unor mai multe operaţii de cur ăţire. Prima din ele seefectuează cu ajutorul apei de var (известковое молоко ) şi este numită defeca ţ ie ,care se realizează în două etape (fig. 6.2 ). În decursul defecaţiei preliminareimpurităţile organice se depun pe fund în forma unui sediment mai mare (circa5%), iar la defecaţia de bază - un sediment mai mic.

Următoarea operaţie de cur ăţire a sucului de difuzie se numeşte satura ţ ie , careare ca scop neutralizarea varului r ămas în sucul defecat şi care decurge, deasemenea, în două faze – I şi II. Ea este efectuată cu ajutorul bioxidului de carbonCO 2, obţinut în cuptoare prin arderea varului şi pompat apoi în saturatoare cuajutorul compresoarelor. Saturatoarele reprezintă nişte corpuri cilindrice verticalecu fund în formă conică, din care apoi se elimină sucul şi sedimentul. CO2 esteintrodus în partea de jos a saturatoarelor, iar după ce trece prin toate straturile seelimină în atmosfer ă. În rezultat în partea de sus a saturatoarelor se adună foartemultă spumă. Eliminarea sedimentului din defecator şi saturatoare se efectueazăcu ajutorul filtrelor 5, 6 şi 7 ( fig. 6.2 ).

După filtrare sucul este supus operaţiei de sulfatare , realizată cu ajutorulbioxidului de sulf SO 2. Acesta se obţine prin arderea sulfului în cuptoare speciale.Sulfatarea sucului are ca scop înă lbirea lui (обесцвечивание ), înlăturând

substanţele colorante, care s-au acumulat în rezultatul operaţiilor anterioare. Însă pentru această înlăturare sucul sulfatat din nou este filtrat, după care este încălzit înschimbătoarele 8 şi transportat spre staţia de vaporizare.




6.1.4 Vaporizarea sucului de difuzie şi ob ţinerea siropului

Staţia de fierbere şi vaporizare ocupă un loc important în schema tehnologicăşi termică a fabricii de zahăr. Scopul principal al acestei staţii constă în eliminareaapei din suc prin fierbere cu abur şi îngroşarea lui prin mărirea concentraţiei

zaharozei de la 13-15 % la 90-92 %. Însă la toate fabricile de zahăr aceastăoperaţie de fierbere se face în 2 etape. În prima din ele sucul este fiert până la oconcentraţie intermediar ă de 65-70 %, fiind transformat în sirop . În etapa a doua devaporizare siropul este adus până la o masă suprasaturată cu cristale de zahăr,numită ruseşte ymф)ь (fig.6.1) . Fierberea în 2 etape este necesar ă din cauza, că înacest proces sucul depune un sediment şi capătă o culoare întunecată, ceea ceimpune o filtrare şi o sulfatare respectivă. Însă aceste operaţii, la rândul lor, pot fiefectuate cu o concentraţie a siropului mai mică de 70-75 %.

În scopul economisirii combustibilului I etapă de vaporizare se execută în 5-6

instala ţii cilindrice verticale , conectate consecutiv, atât în raport cu sucul de prelucrare, cât şi în raport cu aburul de încălzire (многоступенчатыеиспарители - fig. 6.2 ). Ca urmare, aburul proaspăt de o temperatur ă de 136 C şio presiune de 3,0 atmosfere se aplică numai la I instalaţie. O temperatur ă mai marea aburului nu se admite, deoarece condiţionează descompunerea zahărului.Încălzirea instalaţiei a II se face cu aburul de ieşire al I instalaţii, încălzirea IIIinstalaţii – cu aburul celei precedente ş.a.m.d. Însă ca aceste procese să poată avealoc, temperatura de fierbere a sucului trebuie să scadă treptat - de la 126C în Iinstalaţie, până la 100 C în a V instalaţie, la fel ca şi presiunea aburului – de la 3,0 bari la 0,6 bari (subpresiune). Evident, că la o funcţionare continuă a instalaţiilor,decurgerea optimală a proceselor de fierbere poate fi obţinută prin stabilizareaautomată a parametrilor menţionaţi, precum şi a nivelului sucului din instalaţii cuajutorul sistemelor şi regulatoarelor automate, folosind traductoarele respective.

În instalaţiile menţionate sucul însă nu vine în contact direct cu aburul, ci curge printr-un sistem de ţevi de un diametru 331,5 mm şi o lungime de câţiva metri,instalate într-o camer ă de abur. Ca urmare, sucul din ţevi este încălzit din exteriorullor de către abur, condensatul căruia cade natural în jos şi după r ăcire încondensator (сигарный конденсатор ) se utilizează din nou.

După filtrare şi înălbire (sulfatare) sucul concentrat (сгущенный сок ) estesupus etapei a II de vaporizare, care decurge însă în alte aparate cilindrice verticalede fierbere, numite vacuum-aparate . După construcţie şi principiul de funcţionare,acestea din urmă sunt asemănătoare primelor instalaţii, posedând însă uneledeosebiri esenţiale. În primul rând, datorită concentraţiei şi viscozităţii mai mari aisucului, diametrul ţevilor este mai mare - circa 100 mm. În al doilea rând, acesteaparate prevăd o subpresiune (vacuum) a aburului, pentru a evita descompunereazahărului. În al treilea rând, ele au o funcţionare periodică.

6.1.5 Centrifugarea şi separarea cristalelor de zah ăr

În legătur ă cu caracterul periodic de funcţionare al vacuum-aparatelor susmenţionate, pasta suprasaturată cu cristale de zahăr este scursă într-un rezervor




de repartizare, iar apoi - către centrifugele de separare , care, de asemenea, au ofuncţionare ciclică. Ele au o construcţie verticală cu rotorul în forma unui tambur perforat şi cu gaur ă la fund pentru simplificarea descărcării zahărului. La vitezemari for ţa centripetă depăşeşte mult for ţa de gravitaţie, de aceea soluţia dintrecristalele de zahăr trece uşor prin sita tamburului, scurgându-se apoi în jos pe

pereţii interiori ai carcasei imobile. Această soluţie este eliminată apoi dincentrifugă într-un rezervor, formând astfel I scurgere, care constituie 40-50% dinmasa iniţială a siropului suprasaturat.

Pe cristalele de zahăr însă r ămâne o peliculă subţire gălbuie. De aceea, întimpul rotirii centrifugii, zahărul este supus unei spălări de scurtă durată cu apăfierbinte de o temperatur ă 80-90 C şi cu abur sub presiune. În rezultat se obţinecea de-a II scurgere, care se îndreaptă cu ajutorul unui comutator, numitsegregator , într-un alt rezervuar (fig. 6.1). Aceste operaţii auxiliare, împreună cutoate celelalte, inclusiv încărcarea şi descărcarea centrifugii, sunt automatizate cu

ajutorul supapelor, vanelor şi segregatorului, care sunt comandate de un sistemdiscret de automatizare cu microcontroler sau cu circuite integrate.Încărcarea-descărcarea zahărului se efectuează la viteze mici - 50-250 rot/min,

iar centrifugarea – la viteze mari (1200-1500 rot/min). În legătur ă cu aceasta, precum şi datorită necesităţii de recuperare a energiei de frânare, acţionarea principală a centrifugelor cu funcţionare ciclică se execută cu viteză reglată lin.

Zahărul umed din 4-5 centrifuge, plasate într-o linie dreaptă, se descarcă pe o bandă transportoare vibratoare pentru a exclude lipirea cristalelor. Această bandătransportă apoi zahărul umed în secţia de uscare şi împachetare. Pentru uscare estefolosit aerul încălzit de calorifere şi suflat cu ajutorul unui ventilator în tamburul cuzahăr, care se roteşte încet. Zahărul uscat este apoi r ăcit într-un alt tambur. Dupăaceasta el este cântărit şi împachetat în saci de 50 kg.

I şi II scurgere din centrifugele ciclice conţin o anumită cantitate de zahăr, deaceea sunt supuse din nou vaporizării cu abur în coloane cilindrice verticale,efectuate în 2 trepte, obţinându-se în consecinţă II past ă suprasaturat ă (fig. 6.1).Schema din figura 6.2 prevede şi instalaţii pentru obţinerea zahărului din trestie(сахар сырец ). Însă pentru centrifugarea pastei II sînt folosite centrifuge cufuncţionare continuă şi f ăr ă spălare. Ele prevăd doar o singur ă scurgere a soluţieidintre cristale, care formează melasa . Aceasta din urmă este r ăcită înschimbătoarele de căldur ă 16 şi pompată în nişte rezervuare mari, de unde estelivrată diferitor agenţi economici din industria alimentar ă ( конечная меласса) .

Zahărul obţinut de la centrifugele continue are o culoare gălbuie şi nu poate ficomercializat. De aceea el este supus unei operaţii de prelucrare, numită afâna ţ ie ,în decursul căreea este amestecat cu I scurgere a I cristalizări sau cu sucul dedifuzie, utilizând un amestecător intermediar (аффинационная мешалка ). În finalse obţine un rafinat , numit ruseşte клеровка . Acesta din urmă, după încălzire prealabilă în schimbătorul 14 şi filtrare, este supus din nou procesului devaporizare (fig. 6.2).

Schemele tehnologice moderne pot avea alte schimbătoare de căldur ă sau uneledevieri neînsemnate de la cele prezentate mai sus.




Fig. 6.2. Schema tehnologic ă general ă a fabricilor de zah ăr




6.2 Utilaje tehnologice şi electrice de baz ă ale fabricilor de zah ăr

6.2.1 Caracteristica general ă şi clasificarea utilajelor principaleClasificarea utilajelor tehnologice şi electrice principale poate fi f ăcută după

destinaţia lor principală. După acest criteriu utilajele pot fi împăr ţite în 2 clase

principale : ma şini de lucru cu caracter mecanic şi aparate . Fiecare din eleinclude mai multe grupe. De exemplu, clas ă de ma şini şi mecanisme include :- maşini de descărcare şi aranjare a sfeclei în gr ămezi,- maşini de transport – benzi transportoare, şnecuri, pompe de sfeclă, compresoare- maşini de spălat şi de tăiat sfeclă,- maşini de presare şi uscare,- mecanisme electromecanice de lucru – separatoare, dozatoare, centrifuge, mixere;Din clasa aparatelor fac parte instalaţiile cu procese fizico-chimice sau termice :

- aparate de difuzie,

- defecatoare, saturatoare, sulfatatoare şi încălzitoare;- instalaţii de vaporizare şi vacuum-aparate,- cuptoare şi tamburii de uscare, condensatoare şi cazane cu abur.Maşinile şi mecanismele de lucru sunt puse în mişcare, în marea lor

majoritate, cu ajutorul acţionărilor asincrone nereglabile. Însă unele din ele, careinfluenţează în mod direct asupra productivităţii şi eficienţei procesului de producţie, sunt înzestrate cu acţionări electrice reglabile. Dintre acestea fac partemaşinile de tăiat sfeclă, aparatele de difuzie şi centrifugele ciclice, care în anii1970- 1980 au fost dotate cu acţionări reglabile de curent continuu.

Productivitatea şi eficienţa aparatelor de difuzie – extragerea maximă azaharozei din sfeclă cu pierderi minime în boştină – depind de mai mulţi factori: decalitatea tăiţeilor de sfeclă, de raportul dintre debitul de apă şi cantitatea de sfeclă;de timpul de difuzie, de pH a soluţiei, de temperatura ei. Toţi aceşti factoricondiţionează utilizarea AE reglabile şi automatizarea şi coordonarea reglării proceselor pentru r ăzătoarele de sfeclă şi aparatele de difuzie.

Utilizarea AE reglabile centrifugelor este determinată de caracterul lor ciclicde funcţionare, de momentul mare de iner ţie şi de timpul îndelungat al proceselor de pornire – frânare. Automatizarea centrifugelor ciclice este necesar ă din cauzanumărului mare de operaţii şi mecanisme auxiliare, care trebuie să decurgă înregimuri optime şi în condiţii grele de exploatare.

Aparatele fizico–chimice şi termice pot fi efectuate în regimuri optime doar cuajutorul sistemelor de automatizare , care conţin regulatoare electronice,mecanisme de execuţie cu acţionare electrică sau pneumatică, organe de reglare(văni, supape, şibere), precum şi diferite traductoare de măsurare a parametrilor tehnologici: nivelului, debitului, presiunii, temperaturii, concentratiei, pH.

Toate procesele tehnologice de producere a zahărului, în general, necesit ăcontrolul a circa 400 de parametri, 100 dintre care cer ad ăug ător o stabilizareautomat ă . Automatizarea lor reprezintă o problemă dificilă, deoarece unele din ele

au o iner ţie mare (de ordinul zecilor de minute), iar altele, dimpotrivă, sunt foarterapide; unele posedă un timp mort relativ mare, sunt repartizate pe o distanţă lungăsau interdependente. Unele procese nici nu pot fi controlate în condiţii industriale.




6.2.2 Construc ţia şi ac ţionarea reglabil ă a ma şinilor de t ăiat sfecl ă

6.2.2.1 Descrierea constructiv ăÎn figura 6.3 este reprezentată construcţia şi cinematica maşinii centrifugale

clasice de tăiat (de ras) sfeclă CЦБ – 12 cu motor de curent continuu [29]. Pentru

încărcarea ei este prevăzut buncărul 1, din care sfecla cade pe roata 3 cu trei palete,care are o viteză de 120 – 200 rot\min. Aceasta din urmă preia sfecla, aplicându-i ofor ţă centrifugală mai mare decât for ţa de gravitaţie. Ca urmare, ea este nevoită sase rotească, lipindu-se şi frecându-se de pereţii cilindrului nemişcat 2, pe care suntfixate nişte cuţite de o formă plată, dar ondulată, ca dinţii unei beschii. În rezultat,sfecla se rade în felii subţiri de o grosime 0,5 – 1,0 mm şi o lăţime de 5 – 6 mm,egală cu pasul dinţilor cuţitelor. Aceşti tăiţei de sfeclă tăiată trec prin orificiileramelor de suport ale cuţitelor, apoi cad în partea de jos a maşinii de formă conică,iar de acolo - mai departe pe o bandă transportoare. Ramele 21 cu cuţite ştirbite pot

fi schimbate cu ajutorul mecanismului 22 f ăr ă a opri maşina.

Fig. 6.3. Construcţia maşinii clasice de tăiat sfeclă CЦБ - 12




Arborele vertical al roţii cu palete este antrenat de către motorul 24 prinintermediul reductorului 23, al arborelui orizontal 11 şi al roţilor dinţate conice 9 si14. Acestea din urmă sunt plasate într-o vană cu ulei, nivelul căruia poate ficontrolat prin indicatorul 17.

6.2.2.2 Sarcini statice şi dinamice ale motorului de ac ţionare

Productivitatea maşinii de ras sfeclă depinde de mai mulţi factori: de viteza detăiere, valoarea optimală a căreea constituie 6-9 m/s; de lungimea muchiilor cuţitelor; de grosimea tăiţeilor de sfeclă; de cantitatea de sfeclă în tambur; de niştecoeficienţi constructivi şi de exploatare. Majoritatea din aceşti factori nu pot fiexprimaţi într-o singur ă expresie de calcul a productivităţii menţionate. Pentrumaşina CЦБ -12 această productivitate este cuprinsă între 1000 şi 1400 tone în 24de ore. Ea determină o putere de 75 kw a motorului de acţionare, care este aleasă,

reieşind din sarcinile statice şi dinamice ale maşinii. Ultimele depind de momentulsumar de iner ţie al maşinii şi sfeclei.Dintre cele mai importante sarcini statice pot fi menţionate următoarele:

- for ţele de tăiere a sfeclei;- for ţele de frecare dintre sfecla rotitoare şi ramele cu cuţite;- for ţele de frecare dintre straturile rotitoare şi nerotitoare la încărcarea sfeclei.

Dintre acestea mai semnificative sunt primele două, care pot fi calculatedupă nişte relaţii simple, folosind for ţele relative ( la 1 m de lungime a muchiilor de tăiere ale tuturor cuţitelor sau la 1 m2 al suprafeţei de frecare). Valorile acestor for ţe sunt determinate, de regulă, pe cale experimentală, deoarece analitic estedificil de a le calcula. De exemplu, for ţa relativă de tăiere a sfeclei constituieaproximativ 15,7 N/cm. Ca urmare, poate fi apreciată for ţa absolută, necesar ă pentru tăiere:

Ft = f p•2m•l•k cunde m=12 numărul ramelor cu 2 cuţite; l – lungimea unui cuţit; k c- coeficientconstructiv.

Cunoscând această for ţă şi raza cilindrului, poate fi determinat cuplul necesar,care fiind înmulţit apoi cu viteza maşinii, determină puterea statică necesar ă.

6.2.2.3 Schema func ţional ă a sistemului de ac ţionare electric ă

Maşinile de tăiat sfeclă nu necesită o inversare a vitezei lor, de aceea au fostdotate încă prin anii 1970-1980 cu convertoare reglabile nereversibile de curentcontinuu de tipul TE (TП). Schema func ţională a acestor convertoare estereprezentată în figura 6.4 . Sistemul ei de reglare automată (SRA ) poate săfuncţioneze atât cu reacţie de viteză de la tahogeneratorul BR, cât şi cu reacţie detensiune electromotoare (t. e. m.) a motorului. În ultimul caz performanţele suntmai scăzute, însă maşina de ras sfeclă nu impune cerinţe riguroase către SRA.

Măsurarea t. e. m. se efectuează cu ajutorul unei punţi tahometrice cu 2 ramuri: prima este compusă din însuşi circuitul indusului motorului şi al polilor luiauxiliari ( DП), iar a doua – dintr-o ramur ă de 3 rezistenţe, una dintre care este




variabilă, toate incluse în componenţa traductorului de tensiune (ДH). Acesta dinurmă asigur ă, totodată, şi o separare galvanică a potenţialelor diferite. Ca urmare,regulatorul PI A1 poate funcţiona ca regulator de viteză sau de t. e. m. Pentrulimitarea curentului maximal al motorului se limitează semnalul de ieşire al acestuiregulator cu ajutorul unui dispozitiv, realizat cu tranzistorul VT9, conectat paralel

cu regulatorul A1. La baza acestui tranzistor se aplică 2 semnale de bază: unul de prescriere şi altul de reacţie de curent, măsurată cu ajutorul traductorului de curent( датчик тока ДT ).

Fig. 6.4. Schema funcţională a convertoarelor TП cu redresoare comandatenereversibile




Semnalul de ieşire al regulatorului A1 se aplică la intrarea sistemului decomandă impuls – fază (СИФУ) prin inter mediul elementului de comandă (УO),realizat prin amplificatorul A2, tranzistorul VT4 şi destinat limitării unghiurilor extremale min, max. Această schemă mai asigur ă 3 protecţii principale:

- de curent maximal - pe baza VT41 şi R55;

- de suprasarcină – A4;- la dispariţia tensiunii de alimentare – D1, D2.Maşinile moderne de tăiat sfeclă sunt înzestrate cu acţionări electrice reglabile

de curent alternativ. Motorul asincron în acest caz este alimentat de la un convertorde frecvenţă cu modulaţie în frecvenţă înaltă a tensiunii de ieşire (fig. 6.5 ).

Fig. 6.5. Aspectul constructiv al unei maşini moderne de tăiat sfeclă

6.2.3 . Ac ţionarea şi automatizarea aparatelor de difuzie

6.2.3.1. Descrierea constructiv ă a aparatelor clasice

Aparatele de difuzie (AD ) pot avea 2 variante constructive principale – verticale sau orizontale. Cele orizontale reprezintă un corp în forma de vană

alungită de o capacitate mare (150 – 200 m3

), înclinat sub un unghi de 8 – 10şiînzestrat cu 2 şnecuri mari pentru transportarea tăiţeilor de sfeclă. Pentru a asigurao productivitate de 1500 – 3000 tone în 24 de ore, AD au gabarite şi mase foartemari: lungimea 21 – 35m, lăţimea 5 – 8m; înălţimea 7 – 10 m. În figura 6.6 estereprezentată construcţia unui aparat mai vechi – C-17 cu următoarele date tehnice: productivitatea – 1500 t/24h, diametrul şnecurilor – 2,4 m; pasul şnecurilor – 0,97m; volumul interior – 157 m3; masa în stare goală – 110 t; densitatea amesteculuide apă şi sfeclă – 720 kg/m; turaţia şnecurilor – 0,4 – 1,2 rot/min; timpul de difuzie – 65 – 80 min; funcţionarea – continuă [29].

Datorită lungimii mari, şnecurile au mai mulţi rulmenţi de-a lungul lor. Pentrua exclude amestecarea şi rotirea tăiţeilor şnecurile au rotirea inversă, precum şi odirecţie inversă a spiralelor. Acţionarea şnecurilor se efectuează cu ajutorul a 2




motoare: unul în partea de jos, iar altul în partea de sus a aparatului. Pentru aasigura o reducţie mare a vitezei motoarelor, schema lor cinematică conţine 3elemente de transmisie: o curea, un reductor tipic cu coeficientul 182 şi otransmisie adăugătoare cu roţi dinţate.

Fig. 6.6. Construc ţia aparatului de difuzie C–17 : 1-buncăr; 2-corp; 3-capac; 5-roată cu căuşe; 6- acţionarea roţii; 7, 16-acţionarea şnecurilor; 8-terasă; 9-suport;10-acumulator de condensat; 11- camer ă de încălzire; 12- şnecuri; 14-scar ă; 15-corp de ulei; 18.19- arbori.

6.2.3.2 Ac ţionarea reglabil ă bimotoare a şnecurilor

Aparatul de difuzie impune sistemului lui de acţionare o rotaţie nereversibilă,dar sincronizată a celor 2 motoare ale şnecurilor. Pentru această sincronizare existăo metodă simplă, care constă în conectarea în serie a înf ăşur ărilor indusuluimotoarelor de curent continuu şi în paralel a înf ăşur ărilor lor de excitaţie. Într – adevăr, la o excitaţie identică şi la unul şi acelaşi curent din indus cuplurilemotoarelor devin egale, iar rotaţia lor – sincronizată. Însă tensiunea convertoarelor de alimentare a motoarelor în acest caz trebuie sa fie de 2 ori mai mare: 2 220 =440 V. În legătur ă cu aceasta pentru acţionarea şnecurilor este ales acelaşi tip deconvertor TE (TП), ca şi la maşina de tăiat sfeclă, însă cu o tensiune nominală de460 V şi f ăr ă transformator de adaptare la intrare. Reacţia de viteză a SRA în




acest caz este înlocuită cu reacţie de t. e. m. La conectarea în serie a motoarelor măsurarea t. e. m. a lor este mai simplă şi mai raţională – printr–o puntetahometrică. În afara de aceasta, aparatele de difuzie au o iner ţie mecanică foartemare, ceea ce impune o reglare mai lentă. O astfel de reglare şi este asigurată decătre SRA cu reacţie de tensiune electromotoare.

6.2.3.3. Sistemul de automatizare al aparatului clasic

Aparatul de difuzie este automatizat complet, adică nu numai în ceea ce priveşteacţionarea reglabilă a şnecurilor, ci şi a unor parametri tehnologici, controlaţi şistabilizaţi cu ajutorul unor bucle închise şi regulatoare automate. În figura 6.7este reprezentată schema tipică de automatizare a aparatelor de difuzie [30]. Ea prevede stabilizarea sarcinii relative de încărcare; stabilizarea concentraţiei suculuide difuzie; stabilizarea temperaturii în 5 zone de încălzire exterioar ă cu abur a

aparatului; stabilizarea nivelului sucului în partea de jos a aparatului; măsurareacantităţii de sfeclă; măsurarea debitului de apă fierbinte şi de suc, măsurarea pH asoluţiei din aparat. Fiecare parametru din schemă are notaţia sa literalăstandardizată, constituită din 2 sau 3 litere, incluse într-un cerc. Pentru traductoare,montate pe obiectul de automatizare, cea de-a doua liter ă este, de regulă, litera E(cu semnal de ieşire electric), iar prima liter ă are următoarele semnificaţii: F- pentru debit, L – nivel, P - presiune, T- temperatur ă, Q – pH, D – concentraţie, E – curent electric, S - viteză. Regulatoarele şi dispozitive lor, montate pe panoul decomandă, pot avea câteva semnificaţii funcţionale, notate prin litere, prima dintrecare coincide cu cea a traductorului, precum şi prin cifre după numărul lor.

Sarcina relativă de încărcare reprezintă masa sfeclei la 1m3 al aparatului. Eaeste stabilită cu ajutorul regulatorului 2–5, care acţionează asupra sistemului dereglare (prescriere) a vitezei maşinii de tăiat sfeclă 3. Aprecierea ( măsurarea)sarcinii relative este indirectă – cu ajutorul traductoarelor de curent ale motoarelor şnecurilor 2-1 si 2–2, şi aparatelor secundare 2–3 si 2–4. Reacţia de viteză amaşinii de ras sfeclă, măsurată prin tahogeneratorul 2-6 şi aplicată la intrarearegulatorului de sarcină relativă 2–5, are ca scop creşterea stabilităţii buclei dereglare automată. La intrarea regulatorului 2–5 este aplicată, de asemenea, şi prescrierea 2–8. Timpul mort de întârziere al acestei bucle constituie 20 min, iarconstanta de timp – 30 min, de aceea regulatorul 2–5 este discret. Stabilizareaconcentraţiei sucului de difuzie se realizează în 2 bucle şi cu ajutorul regulatorului6–4, care acţionează asupra debitului apei fierbinţi de intrare. Concentraţiazahărului din suc se măsoar ă prin două refractometre 6–1 şi 6–5, instalate în locuridiferite ale aparatului, fiind apoi prelucrată de punţile automate 6–2 si 6–6. Blocul6–3 asigur ă anticiparea semnalului de reacţie, iar blocul 6–7 serveşte ca aparat deînregistrare Stabilizarea temperaturii apei în cele 5 zone exterioare ale aparatuluiare o schemă identică şi conţine: regulatoarele de temperatur ă 8–2 - …..- 12-2;supapele de reglare a aburului 8–3 – 12–3 şi termorezisţentele 8-1 – 12–1.

Stabilizarea nivelului sucului în partea de jos a aparatului include: manometruldiferenţial 7–6 de măsurare indirectă a nivelului după abaterea presiunii aerului,




pompat prin nişte ţevi în interior, aparatul de înregistrare 7–8; regulatorul 7–9;supapa 7–10, care reglează debitul sucului de difuzie evacuat şi măsurat de cătredebitmetrul de inducţie 14 – 1. Nivelul lichidului este controlat, de asemenea, şi înalte locuri ale aparatului şi în mod analogic (7–1 şi 7–2).

Debitul apei proaspete se măsoar ă cu ajutorul debitmetrelor 3–1 şi 4–1 şi se

înregistrează prin aparatele 3–2 şi 4–2. Cantitatea de sfeclă se măsoar ă cu ajutorulcântarelor automate 1-1 de pe banda transportoare, înzestrate cu aparate secundare1 –2..

Fig. 6.7. Sistemul de automatizare al aparatelor de difuzie C-17




Aparatele de difuzie moderne se automatizează cu ajutorul controlerelor programabile logice (PLC) şi computerelor industriale sau personale PC, însăîndeplinesc aceleaşi funcţii. Schema de automatizare a unui astfel de aparat,elaborată de „ООО ВИОЛ -2” [67], este ar ătată în figura 6.8 . Circuitele de intrareşi ieşire ale controlerului sunt reprezentate separat.

Fig. 6.8. Schema de automatizare a unui aparat de difuzie modern cu controler programabil şi computer personal

6.2.4 . Sisteme de automatizare ale sec ţiilor de cur ăţire şi devaporizare a sucului de difuzie

Secţia de cur ăţire a sucului, ca obiect de comandă, se caracterizează printr-ointensitate mare a diferitor reacţii chimice, măsurarea şi aprecierea rapidă a căroraîn condiţii industriale constituie o problemă dificilă. În legătur ă cu aceasta în practică se utilizează o comandă indirectă prin stabilizarea debitelor componentelor reagente şi a raportului acestor debite. În particular, se stabilizează: debitul suculuide difuzie de la intrare şi cel reciclat al predefecatorului; sucul de difuzie şi apa devar introduse în defecatorul principal; presiunea bioxidului de carbon; PH alsucului I şi II de saturaţie. Stabilizarea parametrului PH, de exemplu, se realizeazăcu traductoare speciale, care măsoar ă acest parametru şi regulatoare PID, careacţionează asupra supapelor de aprovizionare cu CO2.

Sistemul de automatizare al staţiei de evaporare este mai complicat (fig. 6.9 ).

Aceasta se datorează nu numai numărului mare de instalaţii şi traductoare, ci şiinterdependenţei unor parametri de reglare sau reglajului în 2 nivele. La nivelul de jos sunt utilizate sisteme tipice de reglare automată a parametrilor tehnologici




principali, iar la nivelul de sus – controlul şi comanda computerizată a staţiei înansamblu.

La nivelul de jos se stabilizează presiunea aburului instalaţiilor I, II şi V şinivelul sucului în fiecare din ele; se controlează temperatura fiecărei instalaţii,debitul sucului şi siropului, precum şi densitatea acestuia.

Fig. 6.9. Sistemul de automatizare al staţiei de vaporizare a sucului de difuzie

Bucla de stabilizare a presiunii aburului I instalaţii include traductorul de presiune 3–1, dispozitivul de înmulţire la un coeficient constant 3–2, aparatulsecundar 3–4, dispozitivul de alegere din 2 semnale a unuia cu amplitudine maimare 3–3 şi regulatorul P I 3–5, care acţionează asupra supapei aburului de retur

3–6. Bucla de presiune a instalaţiei V conţine traductorul 5–1, aparatul deînregistrare 5–2, regulatorul 5–3 şi supapa 5–4.Buclele de stabilizare a nivelului în fiecare instalaţie conţin traductoarele 10 –1

– 14–1, aparatele de înregistrare 10–3 – 14–3, dispozitivele de alegere a semnalulumai mic (din 2 instalaţii vecine) 10–5 – 14–5 şi elementele pneumatice de execuţie10–6 – 14–6. Controlul presiunii aburului de retur se efectuează cu ajutorultraductorului 6-1, diferenţei de presiune a aburului I instalaţii – 7–1 – 7–2;debitului apei de adăugare în rezervuarul sucului – 8–1 – 8–4; densităţii siropului – 15–1 – 15–3; debitului sucului de intrare – 16–1 – 16–4; debitului siropului deieşire – 17 1 – 17–2.

Schemele moderne de automatizare ale acestor staţii cu aceleaşi funcţii,realizate cu controlere programabile sunt prezentate în figurile 6,10 - 6.11.




Fig.6.10.Schema de automatizare modernă a staţiei de cur ăţire a sucului de difuzie

Fig. 6.11. Schema de automatizare a unei staţii moderne de vaporizare a sucului

Aceste sisteme de automatizare asigur ă un control şi o stabilizare automată adebitului sucului de difuzie, o optimizare a proceselor de dozare a apei de var şi bioxidului de carbon în scopul creşterii calităţii de cur ăţire a sucului, sau ooptimizare şi minimizare a aburului în coloanele staţiei de vaporizare a sucului.Măsurarea concentraţiei particulelor solide din suc se efectuează cu refrectometre.




6.2.5 . Sistemul de ac ţionare reglabil ă şi automatizare alcentrifugelor cu func ţionare ciclic ă

6.2.5.1. Descrierea constructiv ă a centrifugelor

Există mai multe variante de centrifuge cu funcţionare ciclica, însă toate au oconstrucţie verticală, care uşurează procesele de încărcare-descărcare, o acţionareelectrică reglabilă a mecanismului principal şi o automatizare complexă amecanismelor auxiliare. Mecanismul principal îl constituie rotorul perforat, în caresub acţiunea for ţei centrifuge are loc separarea cristalelor de zahăr de soluţia deapă dintre cristale.

În figura 6.12 este reprezentat aspectul constructiv general al centrifugii ceheAPO 88-1250, care are o capacitate a rotorului de 1250 Kg şi un diametru interior de 1,37 m. Motorul de acţionare de curent continuu de 266 KW este plasat

deasupra centrifugii. El are o r ăcire exterioar ă for ţată de la un ventilator cu vitezăconstantă, întrucât centrifuga funcţionează un timp îndelungat la viteze mici, cândautor ăcirea este insuficientă. Productivitatea acestei centrifuge constituie 22-27 decicluri pe or ă, iar timpul unui ciclu – 130-140s. Dintre mecanismele auxiliare fac parte: şiberul de încărcare, dozatoarele şi injectoarele de apă şi abur, pentrueliminarea separată a celor 2 scurgeri; şiberul de descărcare a zahărului.

Fig. 6.12. Aspectul constructiv al centrifugii cehe APO 88-1250




6.2.5.2 Ciclograma de func ţionare

Ciclograma de funcţionare prevede pentru acţionarea principală următoarele etape:- accelerarea până la viteza de încărcare 250-300 rot/min timp de 7-8 s (fig. 6,13)

- stabilizarea acestei viteze 18-20 s pentru încărcarea centrifugii;

- accelerarea ulterioar ă până la viteza maximă 1200 rot/min – 45 s;- stabilizarea de scurtă durată (5-15 s) a vitezei maxime;- frânarea recuperativă până la viteza minimă 50-60 rot/min în decursul a 30-35 s;- stabilizarea vitezei minime 20-30 s pentru descărcarea zahărului.

Frânarea până la o viteză minimă (nu până la zero) este considerată optimă,deoarece uşurează descărcarea zahărului, exclude vitezele foarte mici, cândrecuperarea devineneefectivă, micşoreazădurata unui ciclu şi

măreşte productivitateacentrifugii. Toate etapelesus menţionate suntcomandate de cătresistemul de automatizareal centrifugii în funcţie detimp cu ajutorul unuimicrocontroler, careimpune acţionării principale un semnalanalogic de prescriere avitezei necesare conformciclogramei.

Fig. 6.13. Ciclograma defunc ţionare a centrifugiiAPO 88-1250

Sistemul de automatizare comandă concomitent şi toate mecanismeleauxiliare. Aceste mecanisme îndeplinesc în decursul unei ciclograme operaţiile:

- spălarea rotorului de zahărul r ămas de la ciclograma precedentă;- încărcarea centrifugii cu pastă suprasaturată;- eliminarea I scurgeri a soluţiei dintre cristale;- spălarea zahărului cu apă fierbinte şi cu abur;- eliminarea scurgerii a II;- descărcarea zahărului.

6.2.5.3 Sarcini statice şi dinamice ale motorului principal de ac ţionare

Capacitatea, greutatea şi diametrul mare al centrifugii condiţionează unmoment de iner ţie foarte mare în comparaţie cu momentul propriu de iner ţie almotorului de acţionare. În legătur ă cu aceasta sarcina principală a acestui motor




este sarcina dinamică în procesele de pornire – frânare de lungă durată. Ca urmare, puterea necesar ă P a motorului în aceste regimuri poate fi determinată prin energiacinetică acumulată W în timpul de pornire (frânare) t p:

)(

22

)(

2

2

)(

2 F p

N I Z R

F p

N

F p t

Rmm

t

J

t

W P

unde J , Ri – momentul sumar şi raza de iner ţie; mr , mz- masa rotorului şi azahărului; n – viteza unghiular ă nominală a rotorului.

Sarcinile statice ale centrifugii la viteze constante sunt neînsemnate,fiind determinate doar de pierderile frecărilor rotorului faţă de aer şi în rulmenţi.Aceste componente pot fi calculate aproximativ după relaţiile:

Pa = 1,36 34 N R R n Dh

P R R A Z R V g mm .)(

unde = 1,8. 10 9 – coeficient constant, determinat experimental; h R

, D R – înălţimea şi diametrul rotorului; N n - turaţia nominală; 0,03 – coeficientul de

frecare în rulmenţi; V R A. = 10 m/s – viteza tangenţială a arborelui rulmenţilor; g =9,8 m/s2 . Calculul puterilor regimurilor statice şi dinamice ale centrifugiiAPO88 – 1250 în decursul unui ciclu de 140 s este rezumat în diagrama de sarcinăîn decursul unei ciclograme (fig. 6.13 ). Deoarece puterile necesare în diferiteregimuri sunt foarte variate şi neuniforme, motorul trebuie ales după puterea medie

P M =654321

665544332211

t t t t t t t P t P t P t P t P t P ,

6.2.5.4. Sistemul de comand ă şi reglare al ac ţion ării principale

Momentul mare de iner ţie şi procesul de separare al cristalelor de zahăr nuimpun sistemului de acţionare o rapiditate maximă la trecerea în regim de frânare,de aceea inversarea sistemului prin curentul de excitaţie este mult mai raţionalădecât prin curentul indusului. Această inversare presupune utilizarea unuiconvertor reversibil de excita ţie (CE) şi a unui convertor nereversibil alindusului (CI ), ceea ce este mai avantajos din punct de vedere economic. Într – adevăr, la un curent de excitaţie IE mult mai mic decât curentul indusului II, preţul

de cost al unui CE reversibil este mult mai mic decât preţul de cost al unui CIreversibil, mai ales că CE în acest caz poate fi monofozat.Schema funcţională a sistemului de acţionare a centrifugii ciclice cu CI

trifazat nereversibil şi cu CE monofazat reversibil cu comandă separată aredresoarelor comandate RC1 şi RC2 este reprezentata în figura 6.14 . Fiecareconvertor are sistemul său de comandă şi de reglare. În particular, CI conţinesistemul de comandă impuls-fază (SCIF I ), elementul de comandă EC I ,calculatorul de modul CM I , regulatorul PI de viteză RV, elementul de reglare aintensităţii ( ERI) semnalului de prescriere a vitezei, comparatorul C, traductorul

de viteză (BR) şi traductorul curentului indusului (TCI). CE conţine nişte elementeidentice, precum şi un dispozitiv logic de comutare (DLC) a redresoarelor deexcitaţie RC1 şi RC2.




Fig. 6.14. Schema funcţională a sistemului de comandă şi reglare automată




La început se aplică tensiunea de excitaţie, CI fiind blocat. După o pauzămică de timp, sunt aplicate impulsurile de comandă câtre CI, iar ca urmare motorul principal începe să accelereze foarte lin, întrucât constanta mecanică a sistemuluieste foarte mare. Însă această accelerare are loc la un curent constant al indusului:

IN I I t i )( const. Stabilizarea acestui curent este asigurată de către regulatorul de

viteză (RV), care la început intr ă în saturaţie, deoarece abaterea de viteză de lavaloarea prescrisă este mare, iar uRV max= uPCN = const. Această valoare de prescriere a curentului se acordează cu ajutorul potenţiometrului de limitare asemnalului de ieşire al RV.

Pentru a stabiliza curentul const I I IN I , EC în acest interval regleazătensiunea redresată )( dI U propor ţional cu t.e.m. e(t), întrucât numai în aşa mod

const I

R

t eU t i IN

T

dI I

)()()(

Când motorul atinge viteza nominală, = N , RV iese din saturaţie,instalând un semnal, propor ţional cu curentul de mers în gol, deoarece: în regimstaţionar cuplul de sarcină al motorului este relativ mic(fig. 6.13).

După o funcţionare scurtă în regim nominal, sistemul de automatizareimpune sistemului de acţionare o prescriere a vitezei minime U pv=U pv min pentru atrece în regim de frânare. Ca urmare, abaterea vitezei U )(t =U pv min-UR (ω) şi ieşireaRV îşi schimbă semnul, devenind negativă, ceea ce transfer ă CI în regim deinvertor cu o tensiune redresată negativă: Ud( )<0). Însă curentul prin CI nu-şi poate schimba polaritatea, deoarece acest convertor este nereversibil. De aceeacând acesta devine egal cu zero, tiristoarele CI se blochează de la sine şi iI(t)=0.Concomitent cu acesta, basculează comparatorul C, care impune dispozitivuluilogic de comutare (DLC) al CE o comandă de inversare a tensiunii şi curentul deexcitaţie. Această inversare deja are loc, deoarece CE este reversibil, cu toate că eadecurge mai lent, deoarece inductivitatea înf ăşur ării de excitaţie este mai maredecât cea a indusului. Odată cu apariţia excitaţiei inverse, motorul trece în regim degenerator, însă cu o t.e.m. deja pozitiva: -E( ,) = - K(- ) =K >0. Cândaceasta depăşeşte valoarea tensiunii Ud( )<0), începe frânarea recuperativă cu uncurent iI(t) =

d

d

R E U )()( >0, deoarece E(ω) > U d(α). Acest curent este

stabilizat în acelaşi mod, ca şi în timpul acceler ării.După ce se termină procesul de frânare, abaterea vitezei U (t) devine din

nou pozitiva, de aceea RV iese din starea de saturaţie negativă, iar comparatorul C basculează, impunând DLC o nouă inversare a excitaţiei, Convertorul indusuluitrece, la rândul său, din nou în regim de redresor ( I <90 ), generatorul – în regimde motor, iar sistemul de reglare în ansamblu – în regim de stabilizare a vitezeiminime min =const, permiţând astfel descărcarea zahărului din centrifugă.




Centrifugele moderne sunt acţionate de motoare asincrone în scurtcircuit,alimentate de la convertizoare de frecvenţă variabilă, şi automatizate cu controlere programabile combinate cu un panou al operatorului. În figura 6.15 este ar ătată oastfel de centrifugă BMA la o fabrică de zahăr a companiei germaneSUDZUCKER. Motorul asincron de tip flanşă este amplasat în partea de sus a

centrifugii, fiind reglat de un convertizor al companiei SIEMENS din generaţianouă - SINAMICS S150 , iar ea este automatizată de un controler SIMATIC C7 .

Fig. 6.15. Aspectul constructiv al centrifugii germane BMA cu motor asincron

Tendinţa sistemelor moderne de automatizare este îndreptată spre o un controltotal a tuturor proceselor fabricilor de zahăr dintr-un singur punct [68].



7. UTILAJE TEHNOLOGICE, ACŢIONĂRI ŞI AUTOMATIZĂRIALE ÎNTREPRINDERILOR DE PANIFICAŢIE

7.1 Caracteristica general ă a proceselor tehnologice de producereindustrial ă a pâinii

Întreprinderile de panificaţie se clasifică în fabrici de pâine şi brutăriimecanizate [33-36]. O fabrică de pâine include următoarele secţii principale:- depozitul de păstrare a f ăinii şi de transportare pneumatică a ei;- secţia de pregătire a ingredientelor necesare: soluţiilor de sare, zahăr, drojdii,

gr ăsimi;- secţia de pregătire şi prelucrare a aluatului;- secţia de coacere;- secţia de ambalare, păstrare şi transportare a produselor de panificaţie;

- secţia de fabricaţie a produselor speciale: covrigeilor, chiflelor, pesmeţilor, biscuiţilor;- secţia de asigurare tehnică: de încălzire, reparaţii mecanice şi electrice,

alimentare cu apă, aer comprimat şi cu energie electrică.Fabrica de pâine este aprovizionată cu f ăină cu ajutorul unor autocamioane

speciale de transportare a ei. Descărcarea autocamioanelor de f ăină se efectueazăcu ajutorul presiunii aerului de 3-4 bari din sistemul pneumatic al fabricii. Pentruaceasta un furtun al autocamionului se conectează la sistemul pneumatic, iar altulla conducta de f ăină. La deschiderea ventilului pneumatic f ăina se pompează înunul din rezervoarele depozitului de formă cilindrică şi fund conic de o capacitatede peste 50 tone, numite silozuri. Aerul de transportare apoi este eliminat înatmosfer ă, fiind separat de praful de f ăină cu ajutorul filtrelor, plasate în partea desus a silozurilor.

Transportarea f ăinii de la depozit către buncărule secţiilor de producere seefectuează, de asemenea, cu ajutorul aerului comprimat al staţiei de compresoare,folosind pentru aceasta alimentatoarele rotative de sub silozuri, un mecanism decernere şi un şir de conducte cu un diametru de 50 - 100 mm. Destinaţia principală a alimentatoarelor rotative constă în amestecarea f ăinii cu aerul de

transportare, f ăr ă ca acesta să pătrundă în rezervuarul de depozitare. Alegereasilozului şi a alimentatorului se face cu ajutorul unor comutatoare. Un astfel desistem de transportare a f ăinii a că pătat denumirea de transportare aerozol, carese caracterizează printr-o productivitate înaltă, simplitate maximă şi pierderiminime. Însă el necesită o ermetizare foarte bună a sistemului pneumatic.

Pentru pregătirea aluatului însă, în afar ă de f ăină, se mai folosesc şi altecomponente: apa, drojdiile, sarea, zahărul, gr ăsimile, care se utilizează în forme desoluţii, păstrate în rezervoare separate. Însă toate aceste ingrediente trebuieutilizate doar într-o anumită propor ţie şi la o anumită temperatur ă, realizată cu

ajutorul dozatoarelor staţiei de dozare. În trecut majoritatea dozatoarelor se bazau pe principiul de dozare după volum, însă acest principiu nu asigur ă o precizie şi flexibilitate înaltă. O abatere mică de la receptur ă poate influenţa



7. I NDUSTRIA DE PANIFICA Ţ IE 514

substanţial calitatea produselor de panificaţie. De aceea dozatoarele moderne se bazează pe principiul de dozare după masă a fiecărui ingredient, măsurată cuajutorul traductoarelor tensometrice, şi stabilizată cu ajutorul regulatoarelor electronice automate. Pe lângă cerinţele tehnologice de bază, staţiile de dozare, lafel ca şi celelalte secţii, trebuie să corespundă unor cerinţe sanitare riguroase.

La fabricile de pâine sunt utilizate, de asemenea, mai multe principii şi tipuri demaşini pentru pregătirea aluatului. Aceste principii pot fi bazate pe una sau maimulte faze, iar maşinile de realizare a lor pot fi mecanisme relativ simple şi de productivitate mică, folosite numai pentru fr ământare, sau agregate complexe de o productivitate mult mai mare, care conţin mai multe mecanisme şi instalaţii,destinate atât pentru amestecare, cât şi pentru dospire (fermentare). Ultimul procesdecurge un timp mai îndelungat (cel puţin 3 ore), de aceea pregătirea clasică aaluatului, de regulă, are loc în 2 faze principale:

1) pregătirea plămădelii (un amestec puternic diluat de f ăină şi apă cu drojdii)şi fermentarea ei;

2) frământarea finală a plămădelii dospite prin adăugarea f ăinii şi obţinereaaluatului propriu zis.

Plămădeală este lăsată să dospească în decurs de 3 – 3,5 ore, timp în care eacreşte în volum. După aceasta, adică în faza a doua, plămădeala se amestecă nunumai cu f ăină, care îi micşorează umiditatea, ci şi cu soluţie de sare la coacerea pâinii, sau sare, zahăr şi gr ăsimi la coacerea chiflelor sau biscuiţilor, în propor ţii,determinate de recepturile tehnologice.

Fig. 7.1. Vase speciale de plămădire şi fermentare a aluatului




Aluatul pregătit şi dospit este apoi dozat în bucăţi mici de o anumită greutatestandardizată şi de o formă necesar ă unică. Porţionarea şi fasonarea (rotunjirea)bucăţ ilor de aluat se realizează cu ajutorul unor maşini speciale de prelucraremecanică (fig. 7.2 -7.3),

Fig. 7.2. Por ţionarea bucăţilor de aluat pe bandă transportoare

Fig. 7.3. Maşină de rotunjire centrifugală a bucăţilor de aluat




Transportarea por ţiilor de aluat de la o maşină la alta se efectuează cuajutorul benzilor transportoare cu pânză specială (fig. 7.4).

Fig.7.4 Benzi de transportare a bucăţilor de aluatÎnsă o prelucrare mecanică intensivă „oboseşte sau stresează” aluatul,

condiţionând o anumită etapă de odihnire şi restabilire a proprietăţ ilor fiziceafectate la fr ământare, por ţionare, rotungire şi tăvălire. Timpul necesar pentrurestabilire şi odihnă depinde de mai mulţi factori, însă el se încadrează în limitele30-60 de minute la o anumită temperatur ă şi umiditate. În acest timp bucăţile dealuat îşi măresc volumul lor de 1,4-1,5 ori, iar ca urmare îşi micşorează densitateacu 30-35%, că pătând o suprafaţă netedă şi elastică. Pentru odihnă se utilizeazănişte dulapuri de restabilire închise (расстойные закрытые шкафы ),înzestrate cu conveier interior de 2,0-2.5 m lăţime, organul de transportare alcăruia îl reprezintă nişte pungi sau tăvăli, în care se pun bucăţile de aluat (fig.7.5).

Fig. 7.5. Dulap de restabilire şi odihnire a bucăţilor de aluat




În fiecare din aceste tăvăli încap 6-8 pâini sau franzele, iar numărul total detăvăli constituie 360-420 de bucăţi, amplasate în rânduri (fig. 7.6). Viteza dedeplasare a conveierului este mică, fiind aleasă în funcţie de durata necesar ă deodihnire şu de productivitatea cuptorului de coacere, deoarece bucăţile de aluat dindulapul de restabilire pot fi descărcate direct pe transportorul cuptorului. Uneori

dulapul de restabilire intr ă în componenţa cuptorului, conveierul cu tăvăli fiindunic (fig. 7.7). Deplasarea conveierului este discretă, sau mai bine zis pas cu pas,oprindu-se pentru procesele de încărcare – descărcare a bucăţilor de aluat.

Fig. 7. 6 Por ţiune de conveier al dulapului de restabilire

Fig.7.7. Tăvăli cu pâine coaptă la ieşirea din cuptor




Cuptoarele de coacere constituie agregatele tehnologice principale alefabricilor de panificaţie [29-30]. Aceasta se explică nu numai datorită faptului, căele finalizează toate operaţiile de producţie şi deci determină productivitateaîntreprinderii. De construcţia şi regimurile de funcţionare ale cuptoarelor maidepinde atât cantitatea de energie consumată, cât şi calitatea produselor – volumul,

aspectul exterior, gustul şi mirosul lor. Reieşind din aceasta, au fost elaborate ovarietate mare de cuptoare electrice şi cu gaz, mici şi mari. Coacerea pâiniiimpune următoarele cerinţele tehnologice principale că tre cuptoare sau cătreregimurile, care trebuie asigurate de ele pentru:- o creştere corespunzătoare a volumului produselor şi o menţinere a formei lor exterioare;- obţinerea unui miez uniform şi poros;- obţinerea unei pojghiţe lucitoare şi gustoase;

- obţinerea unui gust şi aromat plăcut sau specific.Conform teoriilor transferului de căldur ă şi masă, la coacere au loc procese

fizice, chimice, biologice, termice complicate. Cu toate acestea procesul decoacere poate fi împărţit în două etape (faze). În decursul primei faze subacţiunea căldurii are loc deplasarea (evaporarea) umezelii din interiorul produselor de panificaţie. Însă datorită gradientului de căldur ă dintre aluat şi mediu, vaporii deapă încep să se condenseze pe suprafaţa aluatului, umezeala fiind absorbită deacesta. Ca urmare, la suprafaţa lui se formează o pojghiţă subţire. Pentru ca această pojghiţă să se îngroaşe, este necesar ă o umezeală adăugătoare şi for ţată dinexterior. În legătur ă cu aceasta toate cuptoarele liniilor mecanizate de panificaţiemai prevăd o zonă prealabilă de umezire prin introducerea aburului de o presiune joasă (0,01-0,05 MPa). Temperatura acestei faze însă nu trebuie să fie mare.

În schimb în prima zonă, după umezire, temperatura mediului trebuie să fiemărită substanţial (până la 250-270 º C), pentru ai comunica aluatului o cantitate decăldur ă, suficientă pentru încălzirea gazelor din interiorul masei de aluat, dilatareacărora provoacă creşterea volumului produsului. Această cantitate de căldur ă usucăşi pojghiţa de la suprafaţă, transformând-o într-o coajă. Formarea şi uscarea acesteicoji aduce apoi la micşorarea intensităţii de evaporare a umezelii şi a schimbului decăldur ă dintre miez şi mediu. Ca urmare, în faza următoare temperatura mediuluidin nou trebuie micşorată, pentru a exclude carbonizarea cojii. Pentru aceastatemperatura trebuie micşorată cu 50–100ºC, ceea ce impune divizarea fazei a douaîn 2 – 3 zone intermediare. Acest lucru se realizează uşor în cuptoarele electrice,care conţin o zonă prealabilă de umezire, o zonă primar ă de încălzire intensivă şitrei zone de încălzire redusă. Fiecare zonă are regulatorul său propriu detemperatur ă.

În figura 7.8 este prezentat un cuptor universal de tip tunel al companieiGostol-Gopan din Slovenia, care are mai multe modificaţii cu o suprafaţă aconveierului 25-63 m2 sau 50-100 m2 şi o lungime 12-20 m sau 24-36 m. Vitezareglabilă a conveierului asigur ă o durată de coacere de la 10 min şi până la 60 min.




Aceste cuptoare, confecţionate din materiale rezistente la temperatur ă înaltă, pot funcţiona nu numai pe bază de curent electric, ci şi pe bază de gaz metan. Încomponenţa lor intr ă, de asemenea, un conveier de preluare a pâinii coapte

Fig.7.8 Vedere generală a cuptorului electric TP al companiei Gostol - Gopan

În practică însă se foloseşte, de asemenea, pentru unele produse de panificaţie,cum ar fi franzelele sau chiflele, o singur ă fază de pregătire aluatului (mai ales întimpul de faţă). În acest caz se amestecă concomitent toate ingredientelemenţionate, adăugându-se la acestea un ferment lactic puternic (cu o concentraţieca a cheagului), numit în ruseşte “молочно – кислая концентрированнаязакваска ”. Acest ferment, practicat împreună cu un proces foarte intensiv deamestecare, „umflă” aluatul datorită porilor de aer, micşorând substanţial cantitateade f ăină utilizată sau durata de dospire şi atribuind produselor de panificaţie înfinal o calitate foarte moale şi un timp îndelungat de păstrare în această stare. Însăaceste produse sunt nesăţioase. În ziua de azi sunt utilizate şi alte varianteasemănătoare de procese tehnologice „avansate”, care împreună cu corectarea proceselor de amestecare, fermentare, coacere şi cu mijloacele moderne deambalare au ca scop principal: obţinerea unui profit financiar cât mai mare, f ăcând produsele la exterior mai atractive (moi, dând impresia că-s proaspete) şiînr ăutăţind conţinutul lor interior.

După coacere pâinea este r ăsturnată pe nişte benzi de transportare cătredispozitivele automatizate de împachetare sau către secţia, unde se aşează manualîn lăzi cu un număr egal de bucăţi în fiecare ladă, iar apoi în containere pe roţi.

Acestea sunt apoi depozitate sau încărcate în autocamioane pentru a fi transportatela magazine sau la alţi consumatori.




7.2 Utilaje tehnologice principale ale întreprinderilor de panifica ţie

7.2.1 . Clasificarea şi caracteristica generală a utilajelor de panificaţie

Întreprinderile municipale de panificaţie sunt dotate cu utilaje tehnologice

relativ simple, însă variate şi automatizate. Ele pot fi clasificate în 7 grupe [33-41]:1) utilaje de păstrare şi transportare a f ăinii către secţiile de producere -silozuri, mecanisme de cernere a f ăinii, alimentatoare, compresoare, conducte deaer şi de f ăină, buncăre, cântare;2) utilaje de pregătire şi de dozare a componentelor lichide necesare -dozatoare, cântare, amestecătoare, pompe, agregate frigorifice;3) utilaje de pregătire a aluatului - maşini de amestecare, por ţionare, fasonare,restabilire, transportare;4) instalaţii de coacere - cuptoare, agregate de restabilire, umezire, încălzire;

5) utilaje de ambalare şi depozitare a produselor de panificaţie;6/ utilaje de transportare a produselor de panificaţie - benzi transportoare,conveiere, mecanisme de ridicat, cărucioare, containere.7) utilaje şi linii automatizate de producere a unor produse speciale.

Fiecare tip din aceste grupe de utilaje prevede, la rândul său, mai multevariante constructive, funcţionale şi parametrice. Unele din ele sunt grupate în liniitehnologice automatizate. Pe lângă utilajele tehnologice principale, fiecareîntreprindere utilizează şi unele utilaje auxiliare, de exemplu: mecanismeventilare şi condiţionare a aerului, de cur ăţire şi de ungere a tăvălilor sau formelor,de prelucrare sanitar ă, de prelucrare mecanică, de reparaţii etc.

Una dintre particularităţ ile principale ale utilajelor tehnologice depanificaţie o constituie necesitatea reglării line a productivităţii într-un diapazonrelativ mare (1:5–1:10) şi automatizarea lor. În plus, această reglare şi automatizaretrebuie asigurată concomitent şi reciproc pentru toate maşinile şi mecanismele principale, întrucât acestea funcţionează, de regulă, în cadrul unor linii tehnologiceautomatizate cu un proces tehnologic unic. Diapazonul relativ mare de reglare aproductivităţ ii este condiţionat de urmă torii factori :- de asortimentul mare al produselor de panificaţie în raport cu masa şi forma lor;- de cerinţele tehnologice (componenţa diferită a materiilor prime şiingredientelor), ceea ce aduce la o variaţie a duratei de coacere;- de cerinţele tehnice ale maşinilor şi mecanismelor;- de calitatea înaltă a produselor de panificaţie.

Toate acestea împreună argumentează utilizarea acţionărilor electricereglabile de curent alternativ pentru majoritatea mecanismelor şi maşinilor tehnologice, iar uneori chiar şi a celor auxiliare. De exemplu, reglarea lină asistemului de ventilaţie poate exclude curentarea personalului şi contribuie laîmbunătăţirea condiţiilor de muncă. Puterea motoarelor mecanismelor principalenu depăşeşte, de obicei, 10–15 kW, ceea ce favorizează utilizarea convertizoarelor

compacte de frecvenţă pentru reglarea lor. Însă această utilizare devine eficientănumai dacă este automatizată în cadrul unui sistem complex de automatizare cucontrolere programabile logice (PLC).




7.2.2 Utilaje de păstrare şi transportare a f ăinii

Pentru păstrarea f ăinii la depozitele fabricii şi transportarea automatizatăulterioar ă a ei se folosesc silozurile - nişte rezervuare cilindrice verticale decapacitate mare (40-50 tone) cu fund conic. În secţiile de producere f ăina se

acumulează în buncăre - coşuri de o capacitate mult mai mică, însă şi ele au unfund de formă conică şi unele elemente auxiliare, cum ar fi dulapurile dedescărcare a f ăinii cu furtunuri sau cântarele.

Transportarea f ăinii se face cu ajutorul aerului comprimat, folosindu-se pentruaceasta compresoare, resivere, filtre de aer, amestecătoare de f ăină şi aer, numitealimentatoare, comutatoare, conducte, aparate de măsurare, reglare şi control. Înfigura 7.9 sunt reprezentate 2 tipuri de alimentatoare rotative posibile: cu trecere prin ecluze şi cu melc (şnec). Primul dintre acestea (fig. 7.9, a) este constituit dintr-un corp de fontă 1 cu scuturi laterale demontabile 3, din rotorul 4 cu zece buzunare

longitudinale 5 şi cu arborele 6, din canalul pneumatic 10, situat sub rotor şi dinroata dinţată de antrenare 7. Partea de deasupra a alimentatorului se cuplează lafundul conic al silozului, din care se scurge f ăina. Rotorul reprezintă un cilindru,de 200 mm în diametru, cu despăr ţituri între buzunare, care formează cu corpul defontă nişte ecluze (шлюзы ), încărcate cu f ăină. Spaţiul dintre muchiadespăr ţiturilor şi pereţii corpului este foarte mic – 0,05 – 0,1 mm, ceea ce asigur ă oseparare suficientă a f ăinii din siloz. Alimentatorul este acţionat de un motor asincron de 0,6 kW, printr-o transmisie combinată – curea şi roată dinţată, precumşi printr-un variator mecanic de viteză pentru reglarea productivităţii în diapazonul1:5 (acesta din urmă nu este ar ătat în figur ă).

Fig. 7.9. Variante constructive ale alimentatoarelor de f ăină




Pentru transportarea pneumatică a f ăinii, compresorul trebuie să asigure o astfelde presiune, care să compenseze toate pierderile şi căderilor de presiune din reţea.Acestea din urmă includ 3 componente: în conductă, în alimentator şi perderile deaccelerare a f ăinii:

∆p = ∆p c + ∆p al + ∆p ac ,

Aceste pierderi depind de lungimea şi diametrul conductei, de densitateaamestecului de f ăină şi aer, de viteza de deplasare a amestecului şi de unii parametri constanţi. Puterea compresorului poate fi calculată după relaţia tipică:

Pc = Q (1,1 ∆p ) / 60 · η c · η tm ,unde Q – debitul total de aer în conductă, m3 /min; η c · η tm - randamentul

compresorului şi al transmisiei mecanice.

7.2.3 Utilaje pentru pregă tirea şi dozarea componentelor iniţiale

Pregătirea componentelor principale de panificaţie include următoareleoperaţii: amestecarea şi cernerea f ăinii, cur ăţirea ei de impurităţi feromagnetice, precum şi dozarea ei şi a tuturor componentelor lichide – soluţiilor de sare, zahăr drojdii sau gr ăsimi. Amestecarea a mai multor categorii de f ăină se efectuează în procesul lor de transportare - în cazurile, când pâinea se coace din aceste categoriiCernerea f ăinii are ca scop nu numai eliminarea impurităţilor posibile, ci şiafânarea şi înfoierea ei, care influenţează pozitiv asupra procesului de fermentare şiasupra calităţii produselor de panificaţie.

Dozarea f ăinii se realizează cu ajutorul dozatoarelor cu funcţionare periodicăsau continuă. Primele dozatoare se bazează pe principiul de cântărire şi seutilizează pentru pregătiri periodice de aluat. Dozatoarele continuă au la bază atât principiul de cântărire, cât şi de măsurare a volumului.

Dozatoarele componentelor lichide se bazează pe aceleaşi principii şi sedivizează în aceleaşi categorii. Dozatoarele clasice de apă, de exemplu, suntalcătuite dintr-un bac cu plutitor, care acţionează asupra unui întrerupător de cursă,folosit în schema electrică de comandă. Aceste dozatoare mai prevăd şi un sistemde reglare a temperaturii, bazat peconectarea consecutivă a apei fierbinţi şireci. Dozatoarele soluţiilor de sare şi drojdiicu reglare după volum, de asemenea, au oconstrucţie de forma unui bac, în care sunt plasaţi nişte electrozi de comandă, sau uncilindru de măsur ă cu un piston reglabil încentru, pentru variaţia volumului cilindrului(păharului de dozare). Însă aceste dozatoareau o precizie şi automatizare scăzută.

În figura 7.10 este reprezentat unsistem automatizat de dozare a f ăinii şi acomponentelor lichide cu principiul demăsurare şi reglare automată a masei lor.

Fig. 7.10. Sistem automatizat de dozare a componentelor






În raport cu productivitatea nominală, nomenclatura acestor maşini estedestul de variată – 40-160 kg şi 80-300 kg de aluat corespunzător. Evident, că puterea motoarelor cu 2 viteze de acţionare a spiralei de amestecare a aluatului şi avasului de lucru este mai mare – 3,7–10 kW şi 10-17 kW respectiv, având totodatăo rezervă de putere pentru o fiabilitate înaltă. În afar ă de aceasta, calitatea

amestecării aluatului este relativ înaltă datorită rotirii nu numai a spiralei, ci şi avasului, sensul de rotaţie al căruia poate fi schimbat. Cea mai bună amestecare seobţine în cazul, când spirala şi vasul se rotesc în sensuri diferite. Ridicarea şicoborârea traversei spiralei se efectuează cu ajutorul unui sistem hidraulic.

După amestecare aluatul este supus următoarelor operaţii:- por ţionarea lui în bucăţi mici de greutatea unei pâini sau franzele;- rotunjirea şi odihnirea prealabilă a bucăţilor;- fasonarea formei şi odihnirea lor finală.

Toate aceste operaţii sunt executate cu ajutorul unor maşini automatizate

speciale. În practică sunt utilizate mai multe tipuri de maşini de por ţionare, însămajoritatea lor au acelaşi principiu de divizare a aluatului în bucăţi – după volumulreglabil al unui păhar. În dependenţă de organul de injecţie al aluatului în păharelede măsur ă, maşinile de divizare pot fi executate cu mai multe tipuri de injectoare:cu melc, palete, valţuri, piston şi altele.

În figura 7.13 este reprezentată maşina clasică de porţionare A2–XTH cu palete injectoare, care asigur ă o productivitate de 20–60 bucăţi /min şi o masă a lor de la 0,2 la 1,2 kg. Divizarea aluatului se realizează cu ajutorul capului rotitor 6, încomponenţa cărora intr ă păharele de măsur ă 7 cu un piston bilateral în interior. Din buncărul 9 aluatul nimereşte în camera 14, unde este preluat de paletele rotitoare12, fixate de arborele 13, care-l injectează apoi în păharul de măsur ă. La începutclapa 11 este deschisă, dar apoi se închide. După umplerea păharului, surplusul dealuat deschide clapa şi este împins din nou în buncăr. În timpul rotirii capului 6 şicoincidenţei următoare a păharului cu camera de injectare, aluatul, injectat de palete, acţionează asupra pistonului, care eliberează,la rândul său, păharul,împingând bucata prelucrată de aluat din el.Aceasta este tăiată decuţitul 3 şi cade subacţiunea valţului 2 pe banda transportatoare 1.Reglarea masei bucăţilor de aluat se efectuează prinvariaţia volumului păharelor, schimbândlungimea totală a

pistonului.Fig. 7.13. Maşina clasică de por ţionare a aluatului A2-XTH




Această maşina este acţionată de un motor de 3 – 4 kW, 1430 rot/min printr-ocurea de transmisie, un variator mecanic de viteză, un reductor şi nişte roţi dinţate,care transmit cuplul de rotaţie arborelui capului şi mecanismelor auxiliare.

Puterea unei maşini de por ţionare cu şnec se consumă pentru deplasarea(comprimarea) şi tăierea aluatului:

P = p 2

tg ( R 3

– r 3

) n + 45 p1 Lv / (45 1000 ), kWunde p = 0,1-0,11 MPa – presiunea de comprimare a aluatului; - unghiul deînclinaţie a liniei elicoidale a şnecului, grade; R, r – raza exterioar ă şi a arboreluişnecului, m; n – turaţia şnecului, rot/min; p1 = 0,1- 0,15 kN/m – presiunea relativăde tăiere a aluatului; L – lungimea cuţitului de tăiere, m; v – viteza de tăiere, m/s; - randamentul transmisiei.

În figura 7.14 sunt reprezentate 2 variante moderne ale maşinilor de por ţionare de tipul SOCA şi SV Espana cu o reglare automatizată a productivităţiiîn diapazonul 800-2400 bucăţi /min şi a respectiv a volumului 400-2500 g,

realizată cu ajutorul acţionărilor electrice reglabile ale motoarelor asincrone de 1,5-2,4 kW, alimentate de la convertizoare de frecvenţă [66].

Fig. 7.14. Maşini moderne de por ţionare a aluatului SOCA şi SV Espana

Bucăţile neuniforme de aluat se îndreaptă apoi spre mecanismele de fasonare:mai întâi pentru rotungire, iar după aceea la o fasonare finală, tăvălind bucăţile prinnişte organe reglabile de formă conică (fig. 7.3, 7.15), cilindrică sau plată (fig.7.16). Pentru a exclude alipirea aluatului, ele sunt suflate cu aer sau unse cu ulei.

Parametrul principal al maşinilor de rotungire îl constituie viteza organului delucru în rot/min, care poate fi calculată după relaţia:

n = Q d / D = Q 6 q / D , unde Q – productivitatea maşinii, Bucăţi / min; d – diametrul unei bucăţi, m; = 0,8-0,85 – coeficientul de deviere a dimensiunilor bucăţilor; D – diametrul suprafeţei de




rotungire, m; - coeficientul de r ămânere în urmă a vitezei bucăţii faţă de vitezaorganului de rotungire; q – masa unei bucăţi, kg; = 1100–1200 kg/m3 - densitateaaluatului.

Fig. 7.15 Maşină conică de rotungire Fig. 7.16. Maşină de fasonare PLANAEP a batoanelor SABOTINI cu cilindri reglabili

Restabilirea finală a por ţiilor de aluat se efectuează timp de 30 – 60 min la otemperatur ă de 35 – 40ºC şi o umiditate de 65 – 90 % în nişte dulapuri speciale, încare se mişcă încet un conveier cu 2 lanţuri. De aceste lanţuri sunt atârnate multetăvăli de o formă alungită, în care se încarcă 6 – 8 pâini sau franzele, plasate de-alungul tăvălilor. Dulapurile de restabilire pot avea mai multe varianteconstructive ale carcasei – în formă de Г, П sau Т, precum şi ale conveierului – orizontal, vertical, sau combinat.

În figura 7.17 este reprezentată construcţia dulapurilor clasiceРШВ cuconveiere verticale şi cu productivitate de 8-15 t/24 h pentru bucăţi de 0,2 kg şi 14-24 t/24h pentru franzele de 0,4 kg. Astfel de productivităţi sunt asigurate de 200-333 de tăvăli, în care încap câte 6 franzele de 0,4 kg sau 8 de 0,2 kg, deoarece au olungime de 2 m şi un pas al tăvălilor de 0,15 m. În componenţa acestor dulapurimai intr ă şi dispozitivul rotativ de încărcare a tăvălilor 1, prevăzut cu o bandătransportoare şi un dispozitiv de r ăsturnare o tăvălilor pe banda transportoare 11,care de fapt este banda cuptorului de coacere.

Conveierul conţine 23 de perechi de roţi dinţate 6 pentru antrenarea lanţurilor.Perechea 16 este acţionată de motorul 23 de 1,5 kW, printr-o transmisiecombinată cu reductor 21, curea, variator de viteză 25, iar perechea de roţi 16asigur ă întinderea conveierului. Perechile 6, 7 şi 8 sunt instalate în exterioruldulapului pentru a asigura returul lanţurilor.

Conveierul se deplasează discret – de la o tavă la alta. Încărcarea lor se face cuajutorul rotorului 26, care r ăstoarnă bucăţile de aluat din “buzunarele” sale pe banda de încărcare 27. Când numărul lor atinge cifra 6 sau 8, banda se opreşte şi cuajutorul unui mecanism special se roteşte în jurul axei sale longitudinale,r ăsturnând bucăţile în tavaua conveierului. După aceasta banda revine în poziţia




iniţială, iar conveierul se deplasează cu un pas până la următoarea tava. Cândtavaua parcurge toată distanţa conveierului, procesul de restabilire – odihnire aaluatului se termină, bucăţile fiind r ăsturnate în mod analogic pe banda dedescărcare intermediar ă 10, iar de acolo pe banda conveierului de coacere 1.Durata acestui proces se reglează cu ajutorul variatorului mecanic de viteză.

În varianta modernă a acestor dulapuri reglarea vitezei motorului conveieruluise realizează cu convertor de frecvenţă, iar construcţia este mai compactă şiînchisă – toate elementele conveierului sunt plasate în interior. Înainte de a intrafranzelele în cuptor, ele sunt marcate sub un anumit unghi cu ajutorul unuimecanism special.

Fig. 7.17. Construcţia dulapurilor clasice de restabilire a bucăţilor de aluatРШВ








În legătur ă cu aceasta cuptoarele cu bandă transportoare de oţel şi cu camer ă deardere de tip tunel, în care pâinea intr ă într-un capăt şi iese în alt capăt, şi-au găsit outilizare mai largă datorită următoarelor avantaje:

permit organizarea unei productivităţi continue; permit mecanizarea simplă a încărcării – descărcării produselor de panificaţie;

asigur ă o repartizare mai optimă a căldurii în 4-5 zone de coacere, micşorândtemperatura cu 50-100ºC spre ieşire, ceea ce îmbunătăţeşte calitatea produselor; asigur ă o automatizare mai eficientă a zonelor de coacere şi umezire; permit o vizualizare a proceselor de coacere;Cuptoarele de tip tunel, la rândul lor, pot avea o încălzire cu gaz sau cu energie

electrică. În figura 7.21 este reprezentat cuptorul tunel cu gaz al firmei Revent.

Fig.7.21 Construcţia cuptorului tunel Revent cu încălzire gaz metan1-banda transportoare de oţel; 2-conducta de distribuţie a aerului de recirculaţie;3,7-conducte de evacuare a gazelor de ardere; 4-arzătorul; 5-sistemul de asigurarecu aer a camerei de ardere a gazului; 6- supapa de blocare a aerului; 8- camera dedistribuţie a aerului fierbinte; 9-conducta de absorbţie a aburului; 10-supapa de blocare a aburului; 11-secţii goale; 12- sistemul de acţionare a benzii transportoare;13-contragreutatea de întindere a benzii; 14-vată izolatoare; 15-iluminareainterioar ă; 16-fereastra tehnologică; 17, 18 - supape de încălzire a păr ţii de sus şi

de jos a camerei de coacere; 19-camera de recirculaţie a aerului; 20-ramatransversală; 21-canalul aerului de recirculaţie; 22-sistemul de generare a aburului;23-sistemul de centrate a benzii conveierului.




Cuptoarele de tip tunel cu încălzire electrică asigur ă un regim termic maiuniform şi un randament termic mai mare, deoarece termorezistenţele se executăîntr-o formă tubular ă şi se repartizează uşor pe toată suprafaţa vetrei mobile(conveierului), atât sub conveier, cât şi deasupra lui. În al doilea rând, cuptoareleelectrice tunel sunt mai simple din punct de vedere constructiv, deoarece dispar

gazele de ardere, sistemul de distribuţie a căldurii şi necesitatea reciclării aerului.În al treilea rând, ele se reglează şi se automatizează mai uşor, fiind astfel maiflexibile. În legătur ă cu toate acestea, cuptoarele electrice tunel şi-au găsit cea mailargă aplicaţie în practică, mai ales când sunt necesare productivităţi mari, cu toatecă costul energiei electrică este mai mare decât costul gazului metan.

În figura 7.22 este reprezentată construcţia cuptorului electric de tip tunelГ4 – ХПС – 40 m2 cu o lăţime a conveierului de 2,1 m şi un consum relativ de energie0,2 – 0,4 kWh. Cuptorul este constituit din camera de coacere 4, roţile de acţionare1 şi de tensionare 11, care asigur ă deplasarea benzii metalice 3, fixate pe lanţurile 5

ale conveierului de un singur nivel. Camera de coacere este asamblată din 6 secţii,fiecare din ele fiind încălzite de rezistenţele tubulare de o putere de 2,5 kW atât dededesubtul conveierului, cât şi deasupra lui. În total sunt montate 170 de rezistenţede o putere sumară de 425 kW. Fiecare secţie are controlul şi reglarea eiindividuală a temperaturii, folosind termocupluri de măsurare a acestea.Dispozitivul de umezire 9 este plasat numai în prima zonă. Acţionarea conveieruluieste asigurată de un motor asincron de 2,2 kW printr-o curea de transmisie, unvariator mecanic de viteză şi un şir de roţi dinţate. Cuptorul mai conţine şiventilatorul 8 pentru eliminarea vaporilor din camera de coacere.

Fig. 7.22 Schema constructivă simplificată a cuptorului electric tunelГ4 – ХПС –40

Lungimea şi lăţimea cuptoarelor tunel, sau mai bine zis suprafaţa de coacere aconveierului, depinde de productivitatea lor nominală. Suprafaţa cuptoarelor tunel,de regulă, se standardizează – 16, 25, 40 şi 50 m2, ceea ce presupune lungimi între12m şi 24m. Astfel de dimensiuni asigur ă productivităţ i de 300 - 1000 kg/h.

Cuptoarele electrice tunel de tipulА2 ХПЯ – 50 şi ЭТП – 50 cu o suprafaţăde 50 m2 = 24m x 2,1m şi o productivitate de 1000 kg/h au o construcţie identică,însă o putere instalată a încălzitoarelor mai mare – 534 kW. Timpul de coacere poate fi ales în limitele 10-60 min, reglând viteza conveierului. La cuptoarelevechi această reglare se efectua cu ajutorul variatorului mecanic, iar la cuptoarelemoderne – prin convertizoare de frecvenţă.




Sistemul de automatizare al cuptoarelor electrice asigur ă comanda tuturor mecanismelor şi dispozitivelor, inclusivsemnalizarea, blocarea protecţia, reglarea şistabilizarea temperaturii fiecărei zone,

controlul şi reglarea presiunii aerului deumezire, reglarea timpului de coacere. SRAa temperaturii fiecărei zone conţine, deregulă, 2 bucle legate între ele. Primaasigur ă stabilizarea temperaturii camerelor,acţionând asupra încălzitoarelor electrice.Bucla a doua determină durata procesului decoacere, acţionând asupra variatorului deviteză al conveierului. În caz de stopare

avariată a conveierului bucla de temperatur ăse blochează, (se deconectează sistemul deîncălzire), ca să nu ardă pâinea. Evident, căaceastă buclă prevede şi o limitare atemperaturii maxime.

Cuptoarele tunel pot să funcţionezecontinuu sau periodic. În cel de-al doilea cazconsumul de energie electrică este mai mare,deoarece este necesar ă o încălzire preliminar ă.

Pâinea deja coaptă de la ieşireacuptorului cade pe o bandă transportoare,care o duce spre secţia de împachetare saudepozitare (fig. 7.23). În trecut aceastăîmpachetare se f ăcea manual, iar în prezent -cu maşini speciale de împachetareautomatizată. Fig. 7.23 Aspecte ale unui cuptor tunel

În figura 7.24 este prezentatămaşina МГУ -135 de împachetare în peliculă a produselor mărunte de panificaţie. Ea are 4 acţionărielectrice reglabile: a conveierelor deasigurare şi de îndepărtare a produselor împachetate, rolelor dedesf ăşurare peliculelor şi adispozitivelor transversale de lipire alor. Comandă şi sincronizarea tuturor

acţionărilor sete asigurată de către uncontroler programabil.Fig. 7.24. Maşina de împachetare MГУ




7.3 Linii automatizate de producere a covrigeilor şi covrigilor

Pe lângă pâine, fabricile de panificaţie mai produc şi alte produse, inclusiv celespecializate, cum ar fi: covrigii, covrigeii, gogoaşele, cornişoarele, pesmeţii, beţişoarele dulci sau sărate, turte sau biscuiţi. Pentru producerea în masă a acestor

produse se foloseşte un utilaj tehnologic specializat în forma unor linii completmecanizate şi automatizate. Dintre acestea cea mai largă r ăspândire au că pătat-oliniile de producere a covrigilor şi covrigeilor. Deosebirea dintre ei constă doar înmasa şi umiditatea lor. Covrigii au a masă mai mare - până la 100 g şi o umiditaterelativă 22-27 %, de aceea sunt mai preferabili în stare proaspătă. Covrigeii au omasă de 5-10 ori mai mică şi o umiditate mai redusă – 9-13 %, ceea ce permite păstrarea îndelungată a lor, fiind identificate ca produse conservate de panificaţie.

Liniile automatizate ale acestor produse prevăd în principal, aceleaşi procesetehnologice, caracteristice pentru producerea pâinii, aceleaşi tipuri de maşini şi

mecanisme, însă elaborate special pentru producerea covrigilor şi covrigeilor,ţinând cont de particularităţile acestora. Una din aceste particularităţi constă înaceea, că ele necesită pentru fasonare un aluat mult mai tare, adică cu o umiditatemult mai mică. În legătur ă cu aceasta procesul de pregătire a unui astfel de aluat sedesf ăşoar ă, de obicei, în două faze. Prima din ele este fr ământarea, care se executăîn maşini corespunzătoare prin amestecarea f ăinii şi a plămădelii dospite sau a unuiferment special în forma unor culturi bacteriene lactate, care au o prepararecontinuă. Operaţia a doua are ca scop obţinerea unei structuri uniforme şi tari aaluatului, asigurată de nişte maşini cu valţuri, care supun aluatul la o prelucraremecanică intensivă prin frecare şi întindere.

După aceasta aluatul are nevoie de odihnă şi fermentare timp de 30-60 deminute, după care este transportat către maşinile de divizare – fasonare. Acestemaşini au în general un principiu de r ăsucire (fig. 7.25) sau ştanţare a aluatului,care permit obţinerea formei inelare în aluat a covrigilor şi covrigeilor de ogreutate anumită. Pentru aceasta au fost elaborate nişte maşini universale defasonare a covrigilor sau covrigeilor cu un set de forme de schimb, care permit producerea ambelor produse.

Fig. 7.25. Maşini de r ăsucire a covrigilor şi covrigeilor




Inelele de aluat formate sunt apoi aşezate în nişte tăvăli, iar acestea din urmăsunt manual reaşezate pe conveierul dulapului de odihnire şi restabilire, care poatefi ca un constructiv separat, sau o parte a cuptorului de coacere (fig. 7.26). Încuptor inelele de aluat trec mai întâi printr-o operaţie de opărirea cu abur timpde câteva minute. Ca urmare, pe suprafaţa inelelor de aluat încep nişte procese de

cleisterizare şi denaturare a albuminei, care condiţionează după coacere o suprafaţăstr ălucitoare şi de culoare cafeniu – gălbie, precum şi unele proprietăţi gustative.

Fig.7.26 Reaşezarea tăvălilor cu covrigei pe conveierul dulapului de restabilire

La ieşirea din cuptor covrigeii sunt r ăsturnaţi manual pe conveierul detransportare către maşina de împachetare, trecând printr-o fază de r ăcire prealabilă(fig. 7.27).

Fig. 7.27.Banda de transportare a covrigeilor copţi către maşina de împachetare




7.4. Linia tehnologic ă automatizat ă “Buhler” de producere amacaroanelor lungi

7.4.1 Caracteristica tehnologică generalăFabrica de macaroane a S.A „FRANZELUŢA” posedă mai multe linii

tehnologice automatizate de producere a macaroanelor de diferite forme. Cea maicomplicată este linia firmei elveţiene “ Buhler” de producere a macaroanelor lungi cu diametru de câţiva milimetri (fig.7.28), introdusă în exploatare la SA“Franzeluţa” în anul 1991. Ea are o productivitate foarte mare – 2000 kg/h.

Fig. 7.28. Macaroane lungi cu diametru de câţiva milimetri

Dintre celelalte date tehnice principale ale acestei linii pot fi menţionate:Puterea sumar ă a tuturor mecanismelor – 430 kW;Consumul de apă caldă pentru aluat – 600 l/h;Consumul de apă fierbinte pentru uscare – 600 l/h;Consumul de abur saturat pentru umezire – 1350 kg/h;Lungimea – 30 m; Lăţimea – 4-5 m; Înălţimea – 3-6 m;

Din punct de vedere tehnologic linia este construită din 2 părţi principale:1) partea de pregătire şi presare a aluatului printr-o formă (matrice) lungă cu

orificii (fig.7.29) în rezultatul căreia sunt obţinute macaroanele lungi şi umede,care sunt apoi atârnate pe nişte bastoane metalice lungi ca nişte perdele (fig. 7.30)

2) partea de uscare, tăiere şi împachetare a macaroanelor atârnate, împăr ţită în12 secţii sau zone climaterice în formă de tunel (fig. 7.31).

Fig. 7.29. Formă specială de presare a aluatului şi obţinere a macaroanelor




Fig. 7.30. Atârnarea macaroanelor pe bastoane în forma unor perdele

Uscarea macaroanelor este însoţită de procese termice şi fizico – masicecomplexe, care impun un regim climateric special în privinţa temperaturii şiumidităţii. Calitatea macaroanelor produse depinde în mare măsur ă de acest regimclimateric. În particular, uscarea la o temperatur ă scăzută şi umiditate ridicatăconduce la înăcrirea macaroanelor, iar uscarea la o temperatur ă ridicată şiumiditate scăzută – la f ărâmiţarea lor.

Primele 6-8 zone asigur ă uscarea prealabilă, însoţită de o eliminare intensivă aumezelii, păstrându-se totodată plasticitatea lor. Zona a 9-a asigur ă uscarea finală(completă) a macaroanelor, care decurge mult mai lent. Durata procesului deuscare preliminar ă este determinată de viteza conveierului de transportare a bastoanelor cu macaroane, care este reglată cu ajutorul unui convertizor defrecvenţă variabilă VLT al companiei DANFOSS . Durata procesului de uscarefinală este de 3 ori mai mare datorită faptului, că în secţia a 9-a conveierul detransportare are 3 nivele (etaje) consecutive.

În primele 7 zone temperatura aerului creşte treptat de la 55ºC până la 95ºC, înzona a 8-a se micşorează mai întâi până la 90ºC, iar în zona a 9-a – până la 75ºC,fiind stabilizată apoi la această valoare pentru uscarea finală. Umiditatea aeruluivariază invers: în zonele de uscare preliminar ă ea se menţine într-un intervalaproape constant – 50-55-62 %, iar apoi se măreşte până la 82 % în zona a 9-a prininjectarea aburului saturat. În zonele a 10-11-a temperatura aerului se micşorează până la 30ºC în scopul r ăcirii macaroanelor, iar umiditatea până la 65 %. Zona a

12-a serveşte pentru acumularea şi depozitarea intermediar ă a macaroanelor înscopul asigur ării unei rezerve şi funcţionării continue a automatului de tăiere şiîmpachetare, productivitatea căruia este diferită.




Fig. 7.31. Aspectul general al liniei „Buhler” de producere a macaroanelor lungi




La sfâr şitul liniei macaroanele atârnate pe bastoane se taie în por ţiuni mai mici,conform lungimii cutiilor den împachetare din carton (fig. 7.32).

Fig. 7. 32. Automatul de tăiere a macaroanelor uscate în por ţiuni mai mici

Circulaţia aerului în zonele de uscare se efectuează cu ajutorul ventilatoarelor de suflare şi de absorbţie, iar încălzirea – r ăcirea lui cu ajutorul caloriferelor cu apăfierbinte sau rece. Pentru reglarea şi stabilizare regimului climateric fiecare zonăare regulatorul său individual de temperatur ă şi de umiditate.

Toate mecanismele şi procesele liniei sunt automatizate de un controlerprogramabil logic SIMATIC S5 al companiei germane Siemens , care face partedin generaţia precedentă a controlerelor SIMATIC S7, descrise în capitolul 2. Caelement de comandă, reglare, control şi vizualizare este utilizat un computerindustrial cu monitor color, produs de aceeaşi companie. O imprimantă specială

înregistrează permanent toţi parametrii principali ai liniei, precum şi defecţiunile,care apar în decursul funcţionării şi care acţionează o alarmă puternică pentru aatenţiona personalul de deservire tehnică. În afar ă de aceasta, nişte înregistratoaretipice înscriu concomitent pe benzi de hârtie temperatura şi umiditatea aerului înzonele principale de uscare.

Tot echipamentul de alimentare cu energie electrică, de comutaţie, de protecţie,de comandă şi de reglare este montat în dulapuri, plasate în 2 etaje. La etajul de sussunt amplasate dulapurile de alimentare cu energie electrică, iar la etajul de jos – dulapurile de comandă. Pe uşa frontală a acestor dulapuri sunt reprezentateschemele mnemonice cu lămpi semnalizatoare verzi – roşii, corespunzătoaremecanismelor şi dispozitivelor principale ale liniei tehnologice.




7.4.2 Dispozitive şi principii de dozare automatizată a f ăinii şi apei

Dispozitivele de dozare au ca scop alimentarea dozatorului cu f ăină, r ămăşiţeuscate de macaroane şi apă într-o propor ţie strict necesar ă. Ţinând cont, că pentrudiferite sorturi de macaroane şi diferite elemente componente, această propor ţie

este diferită, au fost elaborate de către tehnologi nişte reţete tipice, care i-au înconsideraţie şi concretizează toţi factorii principali.Dozarea f ăinii se efectuează cu ajutorul următoarelor dispozitive principale,

care alcătuiesc un sistem de reglare automată (SRA) închis: O band ă transportoare scurt ă (fig. 7.33), viteza căreea poate fi uşor modificatăcu ajutorul unui sistem numeric de acţionare reglabilă de curent continuu;

Un cântar special , instalat sub bandă, care serveşte ca traductor numeric demasă;

Un regulator numeric de productivitate , care are în circuitul de reacţie un

debitmetru masic M [kg/h] şi care reglează acest debit, acţionând asupra turaţieimotorului de acţionare a benzii transportoare, iar ca urmare şi asupra vitezei eiliniare r R in Dv 60/ [m/min]

;/,60 hkg vS M

unde S-secţiunea stratului de f ăină de pe bandă [m2], - densitatea f ăinii, [kg/m3].

Fig. 7.33. Dispozitive şi principii de dozare automatizată a f ăini şi apei

Sistemul de acţionare reglabilă a vitezei benzii este realizat pe baza unuiredresor monofazat semicomandat în punte cu sistem numeric de comandă impuls – fază, care alimentează un motor de curent continuu de 0,45 kW, 2000 rot/min., laarborele căruia este instalat un reductor special cu discuri şi cu coeficient mare dereducţie şi cu gabarite mici, precum şi un traductor discret de vitez ă . Acesttraductor este constituit, la rândul său, dintr-un magnet permanent, înf ăşurat de o bobină de inducţie, fluxul magnetic al căreia este variat cu ajutorul unei roţi




dinţate, montate pe arborele motorului. Frecvenţa de variaţie a fluxului,transformată în impulsuri, este propor ţională cu numărul de dinţi ai roţii z şi cuturaţia arborelui motorului n.

;,60

Hz n z

f

Debitmetrul de masă este un traductor dinamometric, constituit din 2 struneîncordate mici, înf ăşurate cu magneţi permanenţi şi orientate sub un unghi una faţăde alta în raport cu punctul comun de legătur ă. O strună este întinsă de o masăetalon (prescrisă), iar altă strună se întinde sub acţiunea greutăţii f ăinii de pe bandatransportoare. Ca urmare, ele oscilează cu frecvenţe diferite, diferenţa cărora este propor ţională cu masa f ăinii (întinderea strunei respective).

Dozarea apei, de asemenea, se efectuează printr-un SRA închis a debitului,măsurat un debitmetru volumic de inducţie electromagnetică şi reglat de unregulator numeric de debit, care acţionează asupra unei pompe reglabilă înturaţie prin intermediul unui motor şi convertor de curent continuu. În trecutacţionările electrice reglabile erau realizate cu motoare de curent continuu şiredresoare comandate. În prezent ele sunt înlocuite cu motoare asincrone şiconvertizoare de frecvenţă variabilă.

7.4.3 Dispozitive de amestecare şi presare a aluatului

Pregătirea aluatului pentru macaroane necesită o amestecare intensivă şiminuţioasă a componentelor iniţiale până la obţinerea unei mase uniforme, în carenu există nici chiar bule de aer. De aceea operaţiile de amestecare, fr ământare şiseparare a bulelor de aer se execută în 4 etape consecutive cu ajutorul a 4 mixere,ultimul dintre care funcţionează în vid (vacuum).

Aspectul general al acestor mecanisme de amestecare este prezentat par ţial înfigura 7.34. După dozatorul cu bandă transportoare 1 f ăina, deşeurile mărunţitede macaroane şi apă încălzită se introduc în amestecă torul rapid 2. Acestamestecător reprezintă un şnec de un diametru de 150 mm şi o lungime de 700mm, care se roteşte într-un cilindru închis cu ajutorul unui motor asincron înscurtcircuit cu o putere de 3 kW şi o viteză de 500 rot/min. După înmuiere f ăinaşi r ămăşiţele uscate de macaroane cad în amestecă torul prealabil deschis 3 cudouă secţii conectate consecutiv. Fiecare secţie are arborele său cu paleteamestecătoare, antrenat de către un motor asincron de 3 kW, viteza căruia esteredusă la 100 rot/min.

După amestecarea prealabilă aluatul nimereşte în amestecătorul principal 4,care are o viteză de două ori mai mică, însă o capacitate mult mai mare, de aceeaeste antrenat de un motor de 11 kW. În acest amestecător aluatul se fr ământă pânăla o masă uniforma. Apoi el se aplică printr-un închizător cu ecluze 5 înamestecătorul cu vacuum 6. Camera de amestecare a acestuia este conectată la o pompă de vid, care absoarbe bulele de aer din aluat, formând o subpresiune de 0,8

– 0,9 Bar. Nivelul aluatului în acest amestecător este măsurat şi controlat cuajutorul unui senzor capacitiv de nivel.




Fig. 7.34. Mecanisme de amestecare şi presare a aluatului

Din amestecătorul cu vid aluatul este preluat de către două şnecuri paralele 6,care formează două prese cilindrice închise (fig. 7.35), asemănătoare cuextruderele. Ele ridică presiunea aluatului până la 100 – 130 bari. Această presiuneeste necesar ă pentru a împinge aluatul prin găurile mici ale formei (matricei).

Fig. 7.35. Schema constructivă a şnecurilor de presare a aluatului




Presiunea de la ieşirea preselor este măsurată cu ajutorul unor traductoare cuulei, separate cu aluat printr-o diafragmă flexibilă. Ambele traductoare sunt prevăzute cu manometre de indicaţie, iar unul dintre ele mai conţine adăugător unadaptor electronic, care transformă presiunea măsurată într-un semnal electric tipicde curent continuu de 4–20 mA. Ultimul este aplicat la una din intr ările

corespunzătoare ale controlerului programabil SIMATIC S5 în calitate de semnalde reacţie pentru regulatorul de presiune al SRA, care stabilizează această presiune prin intermediul acţionărilor electrice reglabile speciale ale preselor elicoidale. Încalitate de motoare de acţionare aceste prese utilizează nişte motoare trifazatespeciale cu colector de o putere de 42 kW, cunoscute sub denumirile de motoare Ş raghe – Rihter (fig.7.36).

După principiul de funcţionare aceste motoare se aseamănă cu motoareleasincrone trifazate cu rotorul bobinat, însă au o plasare inversă a înf ăşur ărilor electrice de pe stator–rotor şi o înf ăşurare adăugătoare pe rotor, conectată la un

colector, ca la maşinile de curent continuu. Înf ăşurarea trifazată primar ă U-X, V-Y-W-Z1 este plasată nu pe stator, ci pe rotor, fiind alimentată de la reţeaua trifazatăU,V,W prin intermediul a trei inele de contact 2. În aceleaşi crestături ale rotoruluieste plasată şi înf ăşurarea adăugătoare 3, conectată la colectorul 4. Pe colector alunecă un sistem trifazat de perii duble. Periile 5 din fiecare fază sunt fixate pestator, iar periile 6 pot fi deplasate cu ajutorul unui servomotor pe un anumit arcde circumferinţă al colectorului.Cu ajutorul tuturor acestor periiduble înf ăşurarea adăugătoarede pe rotor se înseriază cuînf ăşurarea trifazată secundar ă A-D, B-E, C-F 7 de pe stator.Ca urmare, în circuitul statoricse introduce o tensiuneelectromotoare, propor ţionalăcu lungimea arcului de pecolector dintre periile duble alefiecărei faze, care modificăcurentul statoric (secundar) şiviteza motorului. Aceastămodificare se efectuează decătre SRA pentru a instala o presiune a aluatului, egală cucea prescrisă.

Fig. 7.36. Motor asincron trifazat cu colector Şraghe-Rihter

În prezent acest sistem de acţionare electrică reglabilă a şnecurilor de presare aaluatului cu motoare asincrone speciale cu colector este înlocuit cu motoare

asincrone trifazate standardizate cu rotorul în scurtcircuit, alimentate de laconvertizoare de frecvenţă variabilă.





8. I NDUSTRIA LAPTELUI 544

8.2 Recepţia şi prelucrarea industrială primară a laptelui

Laptele colectat de întreprinderi industriale de la diferiţi agenţi economici şitransportat în diferite vase, poate să conţine unele microorganisme, de aceea înmomentul descărcării el este supus unei filtr ări preliminare prin 1-2 filtre.

Prelucrarea primar ă a laptelui mai include, de asemenea, o r ăcire până la 6-8ºC,când acţiunea bacteriilor se diminuează substanţial, iar la 2-4ºC se stopează practicdefinitiv. În figura 8.1 este ar ătată oramă compactă de recepţie de productivitate mică a companieiitaliene AVE INDUSTRIES S.P.A.,reprezentată în Rusia prin companiaМАШИНЫ И ТЕХНОЛОГИИ .Această ramă include un schimbător

de căldur ă pentru r ăcire, 2 filtre preliminare, un contor de măsurare avolumului de lapte recepţionat, unagregat de pompare cu rezervor cilindric de acumulare intermediar ă şiun panou de comandă şi automatizare.

Fig. 8.1. Utilaje de recepţie a lapteluiale companiei AVE INDUSTRIES

Secţiei de recepţie, r ăcire şi păstrare a laptelui mai include, rezervorul de păstrare I şi agregatul frigorific II (fig. 8.2). Ea asigur ă şi o spălare a utilajelor.

Fig.8.2 Schema de recepţie, r ăcire şi păstrare a laptelui






După r ăcire laptele de consum este ambalat în pachete de carton sau în pungi de polietilenă de 0.25, 0.5, 1 l. Pentru ambalare se folosesc linii speciale automatizatecu mai multe dispozitive automate şi cu o bandă transportoare din plăci.

Smântâna f abricată pe cale industrială poate fi împăr ţită în 2 categorii:- smântână dulce, numită şi frişcă ,

- smântână fermentată.Pentru consum direct frişca se aduce la o gr ăsime de 8% sau 10%, iar smântâna – la o gr ăsime de 15-35%. În calitate de materie primă principală pentru fabricareaambelor categorii de smântână se foloseşte laptele proaspăt, gr ăsimea căruia sesepar ă cu ajutorul separatoarelor centrifugale.

Procesele tehnologice iniţiale în acest caz coincid în mare măsur ă cu cele de prelucrare a laptelui, descrise mai sus, cu excepţia unor particularităţi De exemplu,omogenizarea se efectuează în 2 faze, mai întâi la o presiune de 5-7 ori mai mică, înscopul obţinerii unei consistenţe mai uniforme pentru smântână cu conţinut mare de

gr ăsimi. În unele cazuri omogenizarea poate fi f ăcută şi înainte de pasterizare.Materia primă pasteurizată şi omogenizată este apoi r ăcită până la otemperatur ă de 2-6 С 0 cu ajutorul aceloraşi pasteurizatoare cu plăci sau înrezervoare pentru fermentaţie, unde se menţine la această temperatur ă 1-2 ore. Caurmare, se obţine o cristalizare în masă a gr ăsimii lactate şi o creştere a viscozităţiismântânii. Această operaţie se mai numeşte maturare a smântânii, după caresmântâna dulce se ambalează sau se depozitează.

Smântâna dulce care trebuie fermentată însă mai trece după maturare prin câteva procese. În primul din ele ea se încălzeşte treptat până la 20-24 С 0 , la care are locînsămânţarea ei cu 2-3 % maia de producţie – o cultur ă microbiană (bacteriană),care asigur ă fermentarea accelerată a smântânii dulci. După introducerea maielei,frişca se amestecă bine în rezervoare şi se lasă în linişte pentru fermentare. Acest proces durează de la 7 până la 16 ore în funcţie de sortimentul de smântână,temperatura şi calitatea maielei şi a materiei prime.

În insuficienţă de materie primă proaspă tă , smântâna fermentată sefabrică şi din lapte proaspăt cu produse lactate concentrate: frişcă-praf saulapte-praf, unt, apă, însă calitatea acestei smântâni „artificiale” este joasă (ladepozitare apa iese la suprafaţă).

Dintre produsele lactate acide dietetice fac parte chefirul, laptele acru, prostokvaşa, reajenca, iaurtul, care se obţin, de asemenea, prin fermentare cuculturi bacteriene. Ele sunt considerate dietetice, deoarece au o influenţă binef ăcătoare asupra organismului uman, mai ales asupra celui bolnav. În plus, eleconţin acid lactic, care stimulează secreţia sucului gastric şi procesul de digestie îngeneral, schimbă pH-ul interior, împiedicând procesele de putrefacţie. În afar ă deaceasta, se recomandă folosirea lor în alimentaţie f ăr ă zahăr sau dulciuri.

Tehnologia de fabricare a produselor lactate acide prevede aceleaşi operaţii:- normalizarea laptelui şi cur ăţirea lui centrifugală de impurităţi mecanice;- pasterizarea şi omogenizarea;

- r ăcirea amestecului până la 28-40 С 0

şi însămânţarea cu cultura microbiană;- fermentarea în termostate sau în vane cu pereţi dublu 8-12 ore la 28-40 С 0 ;- r ăcirea până la 6-8 С 0 , ambalarea şi depozitarea;




8.4 Instalaţii de pasteurizare şi omogenizare a laptelui

Pentru încălzirea sau r ăcirea laptelui se folosesc, de obicei, pasteurizatoarelecu plăci, deoarece ele au dimensiuni relativ mici. Indiferent de construcţie, eletrebuie să asigure o încălzire omogenă, modificare minimă în compoziţia laptelui, o

distrugere maximă a microflorei şi, pe cât este posibil, o desf ăşurare a procesului înabsenţa aerului.Aparatele de pasteurizare sunt alcătuite din plăci cu canale de 2-4 mm, prin

care laptele circulă în contracurent cu agentul de încălzire sau de r ăcire. Plăcile au osuprafaţă gofrată triunghiular ă (fig. 8.4). Ele sunt împăr ţite în 4-5 secţii cu funcţiidiferite: încă lzirea prealabilă în secţia I prin recuperarea energiei laptelui pasterizat în secţia II, care înainte de a fi r ăcită în secţia III se trece din nou prinsecţia 1 pentru o r ăcire prealabilă. De aceea secţia 1 este numită secţie derecuperare, întrucât în ea are loc un proces dublu de încălzire-r ăcire prealabilă.

Pasteurizarea se efectuează în secţia II cu apă fierbinte de o anumită temperatur ă,iar r ăcirea - în două secţii (III şi IV) cu apă rece sau cu saramur ă, întrucâttemperatura de ieşire a laptelui pasteurizat şi r ăcit trebuie să fie de 4-6 С 0 .

Fig. 8.4. Procesul de circulaţie a lichidelor în secţiile pasteurizatoruluiFiecare secţie este constituită din mai multe plăci, grupate în pachete, în carelaptele se deplasează consecutiv. În figura 8.4 fiecare secţie are câte 2 pachete cu 2 plăci în fiecare pachet, însă în realitate în pachete pot fi mai multe plăci. În fiecare pachet însă laptele se deplasează paralel în toate plăcile, la fel ca şi în canalelefiecărei plăci. Apa fierbinte sau rece în fiecare secţie nu-şi schimbă direcţia,deplasându-se paralel; de sus în jos - apa rece şi de jos în sus – apa fierbinte.

Fiecare placă dreptunghiular ă are câte patru găuri la colţuri – 2 sus şi 2 jos, de

la care se ramifică canalele paralele ale fiecărui agent (fig. 8.5

). Când plăcile seunesc în pachete şi apoi în secţii, aceste găuri formează câte un colector corespunzător, care se uneşte cu conducta exterioar ă a aparatului. Pentru ca




lichidele să nu curgă printre plăci, în fiecare gaur ă se introduce un inel de gumă,care asigur ă etanşarea necesar ă în cazul când ele se strâng cu ajutorul şurubului 10,a capacului 8 şi suportului posterior 9.

Fig. 8.5. Principiul de asamblare a plăcilor pasteurizatorului

Agentul rece nimereşte din exterior în primul colector de sus prin flanşa 1,fixată pe suportul anterior 3. După ramificarea lui prin canalele plăcilor corespunzătoare, el este acumulat din nou în primul colector de jos, de unde esteevacuat prin flanşa 11. Agentul fierbinte intr ă în aparat prin flanşa de jos 12 în celde-la doilea colector de jos, de unde se ridică prin plăci până în al doilea colector desus, de unde este evacuat prin flanşa 2.

Aparatul de pasteurizare constituie elementul principal al instalaţiilor deîncălzire-r ăcire a laptelui, însă în componenţa acestor instalaţii mai intr ă şi alteelemente. În figura 8.6 este reprezentată schema tehnologică a unei instalaţii clasicede pasteurizare - r ăcire de o productivitate de 10000 l/h. Laptele din secţia de păstrare este acumulat mai întâi în rezervuarul intermediar 1, de unde este pompatde pompa 3 în aparatul de pasteurizare 5. Pentru o funcţionare continuă a pompei,nivelul laptelui din rezervuar este stabilizat cu ajutorul plutitorului 2 şi supapei deintrare. Între pompă şi aparat este introdus regulatorul 4 de stabilizare a productivităţii instalaţiei. În secţia I de recuperare a aparatului laptele seîncălzeşte în prealabil până la o temperatur ă de 40-45 С 0 , după care el este cur ăţitde impurităţi în separatorul 6. După aceasta laptele se întoarce în secţia II derecuperare, unde este încălzit până la 62-70 С 0 . Pasterizarea finală a laptelui are locîn secţia III, unde el se încălzeşte până la 72-80 С 0 . Apoi el este reîntors în secţiilede recuperare I şi II, fiind reţinut temporar în rezervorul 7. În aceste secţii laptele ser ăceşte par ţial, transferând o bună parte din energia termică acumulată laptelui rece,care se aplică la intrarea aparatului. R ăcirea finală a laptelui pasteurizat are loc însecţiile 1V şi V cu apă rece şi saramur ă. Temperatura laptelui pasteurizat estecontrolată de către regulatorul 12. În caz dacă ea nu este satisf ăcătoare, laptele esteîntors prin supapa de ieşire 15 în rezervorul iniţial 1. Apa fierbinte de pasteurizarese abţine cu ajutorul aburului în încălzitorul 21, fiind apoi pompată de către pompa16. După pasterizare ea se întoarce în rezervorul 17.




Fig. 8.6. Schema tehnologică a unei instalaţii clasice de pasteurizare

În figura 8.7 este prezentată instalaţia modernă de pasteurizare - r ăcire TetraTherm Lacta a companiei suedeze TETRA PAK cu dulapul de automatizare în faţă,realizează cu controlere SIMATIC S7 şi alte echipamente ale companiei SIEMENS

Fig. 8.7. Instalaţia modernă de pasteurizare – r ăcire a companiei TETRA PAK




Compania suedeză TETRA PAK produce astfel de instalaţii cu productivităţi2000-35000 l/h şi o recuperare a energiei termice 90-92 %, destinate pentruîncălzirea – r ăcirea laptelui, utilizat pentru mai multe produse lactate: frişcă(smântână dulce), produse acide dietetice, brânzeturi, unt, lapte concentrat, lapte praf, amestec (mix) pentru îngheţată. Temperatura laptelui de ieşire pentru toate

aceste produse poate fi programată în diapazonul dorit, de exemplu 4-6ºC - pentrulapte de consum, frişcă şi mix de îngheţată, sau 30-40ºC - pentru produce acidedietetice şi brânzeturi.

Omogenizarea se bazează pe strangularea laptelui cu presiuni mari de 200-300 bari prin orificii mici, când se obţine o turbulenţă intensivă şi o divizare a particulelor de gr ăsime în particule mai mici. În figura 8.8, a sunt ar ătate 3 variantede omogenizatoare Tetra Lux de productivităţi diferite ale companiei TETRA PAK Presiunile mari se obţin cu ajutorul unui compresor cu 3 sau 5 pistoane orizontale(fig. 8.8, b). Motorul compresorului poate avea 2 viteze constante, sau o viteză

variabilă, obţinută cu ajutorul unui convertizor de frecvenţă.

a)

b)Fig. 8.8. Omogenizatoare Tetra Alex ale companie TETRA PAK (a)şi compresorul lor cu 3 pistoane orizontale (b)




8.5 Separatoare centrifugale

8.5.1 Clasificarea separatoarelorDupă criteriul funcţional separatoarele centrifugale se divizează în 2 grupe

principale: de separare a grăsimii din diferite produse şi de curăţ ire a acestorproduse de impurităţ i mecanice sau bacterii. Ca urmare, aceste separatoare, fiedin prima sau din a doua grupă, se folosesc practic pentru toate procesele de prelucrare industrială a laptelui şi a produselor lactate, inclusiv pentru normalizarealaptelui după conţinutul de gr ăsimi, pentru separarea apei din gr ăsime sau din brânză de vacă proaspătă, pentru separarea gr ăsimi r ămase în zer sau în zara de lafabricarea untului.

Înlăturarea microorganismelor şi bacteriilor din lapte se poate face prin prelucrare termică, în particular prin pasteurizare, însă această prelucrareinfluenţează negativ asupra proprietăţilor şi componenţei laptelui. În afar ă de

aceasta unele bacterii sunt rezistente şi la temperaturi ridicate. Utilizarea filtrelor nurezolvă definitiv această problemă. În plus filtrele greu se cur ăţă ş i dificil seautomatizează. Separarea centrifugală rezolvă efectiv aceste probleme, fiind oalternativă aproape naturală de cur ăţire a impurităţilor. Aceste impurităţi seacumulează în interiorul separatoarelor sub formă de sediment, care apoi seevacuează. După modul de evacuare a acestui sediment ambele tipuri deseparatoare pot avea:

- o eliminare par ţiala, manuală şi de scurtă durată f ăr ă a opri rotaţia tobei;- o eliminare discretă automatizată prin nişte (conuri speciale ale tobei;O particularitate importantă a tuturor separatoarelor o constituie viteza înaltă

de rotaţie a mecanismului de separare: 100 – 150 rot / s sau 6000 – 9000 rot/min(turaţii mai mari se folosesc pentru puteri mai mici ale motoarelor). Separatoarelecu turaţii de 10000-12000 rot/min se utilizează pentru separarea bacteriilor.

Separarea impurităţilor tari sau mecanice cu ajutorul separatoarelor seefectuează însă nu numai din lapte şi zer, ci şi din uleiul de r ăsărită, soia sau din alteseminţe şi boabe, din care se extrag fosfatidele prin hidratare prealabilă cu apăfierbinte.

8.5.2 Separatoare centrifugale clasice

În figura 8.9 sînt reprezentate ambele tipuri de separatoare centrifugaleclasice de productivitate mică şi cu eliminarea periodică a sedimentului:a) de separare a gr ăsimii din lapte; b) de cur ăţire a laptelui de impurităţi mecanice şi solide.

Ambele variante au trei mecanisme principale: mecanismul de separare 10 (9),constituit dintr-un bloc de talere (farfurii) conice cu o distanţă mică între ele, carese rotesc cu o viteză supracritică; mecanismul de aprovizionare cu lapte şi deevacuare a fracţiunilor separate 12 (7) şi mecanismul de acţionare cu mai multeelemente, cele mai principale fiind motorul electric şi sistemul complex de




transmisie cu multiplicator mecanic de viteză. Toate aceste mecanisme sînt fixateîntr-o carcasă comună 17 (16).

Aprovizionarea cu lapte se face prin ţeava centrală a mecanismului 12 (7),amplasat în partea de sus a separatoarelor, cu toate că există cazuri de aprovizionareşi de jos în sus, cu ajutorul unei pompe. Oricare ar fi varianta, laptele nimereşte în

partea de jos a tobei de farfurii rotitoare concentrice, care asigur ă laptelui o for ţăcentrifugală mult mai mare decât for ţa de gravitaţie. Ca urmare, impurităţilemecanice cu densitatea cea mai mare se vor roti lipite de suprafaţa interioar ă acarcasei, care şi ea are o formă de titirez pentru a orienta impurităţile într-un cercmai restrâns şi pentru a simplifica astfel eliminarea lor.

a) b)Fig. 8.9. Separatoare centrifugale clasice de productivitate mică

Concomitent cu separarea impurităţilor spre periferie este aruncată plasma

laptelui degresat, care are o densitate de 1,034g/cm3

, iar globulele de gr ăsime cu odensitate mai mică (0,925g/cm3) – spre centrul tobei. La rotirea farfuriilor separatoare se formează o presiune, care începe să ridice particulele laptelui în sus.




Însă datorită densităţii reduse particulele de gr ăsime nu se pot deplasa în sus pe la periferiile tobei, unde densitatea este mai mare. De aceea farfuriile separatoarelor defrişcă sunt prevăzute cu găuri, care formează nişte canale de deplasare a globulelor de gr ăsime în sus, în afar ă de canalul principal de lângă axa de rotaţie.

Particulele de plasmă se deplasează la început invers – spre centrul axei şi în

sus, iar apoi, sub acţiunea for ţei centrifugale, se reîntorc la periferie, deplasându–se pe suprafaţa inferioar ă a farfuriei de mai sus. Ajungând la ultima farfurie de susfiecare fracţiune separată (frişca şi laptele degresat) este preluată de către discul săude presiune 13, 14 (fig. 8.9, a), care le ridică presiunea şi le îndreaptă spre orificiulde evacuare, ca o mini pompă centrifugală.

Mecanismul de aprovizionare şi evacuare a fracţiunilor este prevăzut cu treicanale concentrice: prin canalul interior are loc deplasarea laptelui iniţial în jos, prin canalul exterior se deplasează în sus laptele degresat, iar prin canalul mijlociu – frişca. Pentru a regla concentraţia gr ăsimii şi a laptelui degresat, în canalele de

evacuare se instalează câte un ventil de reglare, care variază secţiunea canalelor respective şi presiunea de ieşire. Închizând, de exemplu, ventilul de evacuare afrişcăi, se micşorează debitul şi presiunea la ieşire, însă presiunea în interior creşte,ceea ce la un debit mai mic condiţionează o creştere a concentraţiei de gr ăsimi.

Separatoarele de grăsimi pot fi folosite, de asemenea, şi la normalizarealaptelui. Pentru aceasta ambele ieşiri se unesc printr-un canal transversal delegătur ă, secţiunea căruia poate fi modificată manual sau automatizat. O parte dinfrişcă este utilizată pentru normalizarea laptelui, iar surplusul de frişcă în acest cazse îndreaptă în alt rezervor.

Separatoarele pentru curăţ irea laptelui de diferite impurită ţi nu prevădgăuri în farfurii, pentru ca laptele să fie îndreptat mai întâi la periferia tobei defarfurii. În afar ă de aceasta, distanţa dintre periferia tobei şi carcasa separatorului seface mai mare ca la separatoarele de gr ăsimi. Ca urmare, sub acţiunea for ţeicentrifugale în această zonă se separ ă 80% din impurităţi, iar r ămăş iţa (20%) – întrefarfurii. Distanţa dintre ele în acest caz se face mai mare – 2 – 4 mm, spredeosebire de 0,6 – 0,8 mm la separatoarele de gr ăsimi. Evident, că la separatoarelede impurităţi există numai un singur canal de evacuare a laptelui şi un singur disccentrifugal de presiune (fig. 8.9, b).

Pentru evacuarea periodică a impurităţilor separatoarele prevăd sub toba defarfurii un con mobil, care acţionează asupra supapei de evacuare a lor, singur fiindcomandat de către un sistem hidraulic cu apă sub presiune, dirijată de o supapăelectromagnetică. La acumularea unei cantităţi mari de impurităţi supapa deeliminare a impurităţilor se deschide.

Productivitatea unui separator de impurităţi poate fi calculată, la o distanţă de1-2 mm între farfurii, după o relaţie aproximativă:

Q = z V n 2, m3 / s,Unde z – numărul de farfurii, V = 2 (R 3 –r 3 ) tg / 3 -- volumul spaţiului deseparare, m3; R,r –raza exterioar ă şi interioar ă a farfuriilor, m; tg - tangentaunghiului de înclinaţie a farfuriilor; n – viteza de rotaţie a lor, rot/s.




8.5.3 Separatoare centrifugale moderne

Separatoarele moderne de cur ăţire şi smântânire a laptelui sunt mai performantedin toate punctele de vedere: tehnologic, constructiv, al acţionării şi automatizării.Principiul de separare a r ămas neschimbat, însă optimizarea construcţiei şi

automatizarea complexă au permis o îmbunătăţire a calităţii proceselor. În figura8.10 sunt reprezentate 2 variante de separatoare moderne de smântânire MSE şiMSD cu productivităţi de la 3000 până la 55000 l/h ale companiei germaneWESTFALIA SEPARATOR , care este un lider mondial în acest domeniu. În primul rând, ele sunt confecţionate din materiale inoxidabile noi, fiind acoperiteadăugător cu lac sau cu vopsea specială. În al doilea rând, motorul de acţionare esteseparat, transmisia fiind realizată printr-o curea, care amortizează vibraţiile.Carcasa comună solidă asigur ă protecţia elementelor la viteze relativ mari.

Pentru o separare maximă a gr ăsimii din lapte, toba de farfurii trebuie să aibă o

viteză constantă şi stabilă, iar debitul trebuie să nu fie turbulent şi să nu scadă subun anumit prag minimum, altminteri fluxul devine discontinuu. Presiunea deintrare, de asemenea, nu trebuie să fie mai mică decât 0,5 bar. Ca urmare, din punctde vedere tehnologic, motoarele separatoarelor trebuie să aibă o acţionarenereglabilă , adică cu o viteză constantă. De aceea compania WESTFALIASEPARATOR recomandă să fie înzestrată cu o acţionare reglabilă doar pompa dealimentare cu lapte a separatorului, care trebuie să asigure o productivitate dorită aacestuia, iar reglajul procentajului de gr ăsime din frişcă trebuie efectuat prinstrangularea debitului de ieşire a laptelui degresat. Pentru aceasta în conductalaptelui degresat se instalează o supapă reglabilă, denumită supapă de presiuneconstantă . Diapazonul de reglare a presiunii, reglată prin această supapă, este 2-5 bari – în funcţie de debitul şi de procentajul de gr ăsime dorit în frişcă.

Fig.8.10 Aspectul exterior al separatoarelor moderne de smântânire MSE şi MSD




În figura 8.11 este reprezentat aspectul interior a 2 separatoare de impurităţi aleaceeaşi companii. Primul din ele este proiectat pentru o productivitate mai mică, deaceea motorul este cuplat direct pe axul de rotaţie al separatorului. Cel de-al doileaare o productivitate mai mare, ceea ce condiţionează o cuplare prin curea a acestor elemente. În ultima variantă impurităţile sunt acumulate într-un rezervor separat, din

care ele sunt apoi evacuate cu ajutorul unei pompe. Sistemul hidraulic de acţionare a pistonului de eliminare automatizată a impurităţilor este amplasat în partea de jos aramei. Apa din acest sistem se poate folosi, de asemenea, şi pentru spălareaseparatorului la sfâr şitul ciclului de lucru, f ăr ă a decupla elementele constructive.

Fig. 8.11. Separatoare de impurităţi moderne cu transmisie mecanică directă şi curea

Alimentarea cu lapte în aceste separatoare se face prin partea de sus prin axulcentral, care este prevăzut pentru aceasta cu un canal interior corespunzător (fig.8.12, a). Fluxul de lapte, nimerind în partea de jos a tobei, este preluat de for ţacentrifugală mare a farfuriilor. Ca urmare, laptele începe sa ridice în sus, iar

impurităţile mecanice cu o densitate mai mare se deplasează mai întâi spre centru,iar apoi - spre periferie, lovindu-se de partea inferioar ă a farfuriei superioare (fig.8.12, b). Unele impurităţi cu o densitate mai mică r ămân totuşi în zona farfuriilor (fig. 8.12, c), de aceea pentru deplasarea lor în sus la periferie sunt prevăzute un şir de orificii (fig. 8.12, d).

Impurităţile de la periferia separatorului, datorită formei sale conice, seacumulează într-o zonă specială, prevăzută cu un orificiu şi mecanism de evacuare(fig. 8.12, e). Procesul de evacuare a impurităţilor cu ajutorul unui mecanism cuacţionare hidraulică automatizată şi cu funcţionare periodică este reprezentat în

figura 8.12, f. Acordarea acest ui proces necesită o alegere corectă a periodicităţiişi duratei de deschidere a orificiului.




a) b)

c) d)

e) f)Fig. 8.12. Etape principale de separare centrifugală a impurităţilor din lapte

Laptele cur ăţit de impurităţi se ridică în partea superioar ă a separatorului printre farfurii şi prin canalul lateral, special proiectat pentru acest scop (fig. 8.13,

a). În partea superioar ă laptele este preluat de către roata sau discul de majorare a presiunii şi îndreptat spre canalul de evacuare (fig. 8.13, b.).






8.6 Linii tehnologice moderne de normalizare laptelui

Componenţa şi configuraţia liniilor tehnologice automatizate depinde dedestinaţia principală a procesului tehnologic de prelucrare a laptelui: normalizare,smântânire, cur ăţire de impurităţi, separare de fracţiuni etc. În aceste linii intr ă, de

obicei, rezervoarele de acumulare a produselor, pompele de alimentare, instalaţiilede încălzire-r ăcire (pasteriuzatoarele), aparatele de măsur ă şi control, traductoareleşi supapele de reglare, separatoarele centrifugale – elementele principale ale liniilor Una din liniile de normalizare este cea a companiei suedeze„Tetra Pak” (fig. 8.15).

Fig. 8.15. Variante tehnologice ale liniei de normalizare „Tetra Alfast Plus”




Aceste variante asigur ă o productivitate relativ mică – 5000 l/h. În figura 8.15sunt utilizate urmă toarele notaţii: 1 – separatorul centrifugal; 2 – supapa (robinetul) demen ţ inere a presiunii constante a laptelui smântânit; 3 – dulapul (modulul) de comand ă ; 4,14,17 – debitmetre de mas ă pentru m ă surarea densit ăţ ii fluxului de fri şcă ; 5,9,11,12,16 – debitmetreelectromagnetice pentru fri şcă normalizat ă ş i de reciclare, laptele smântânit şi normalizat;6,7,13,15 – supape (valve) reglabile cu ac ţ ionare pneumatic ă ş i o presiune necesar ă de 600 kPa;8 – supap ă de direc ţ ionare a fluxului de fri şcă; 10 – clapet ă invers ă;

Aspectul exterior a acestei linii este reprezentat în figura 8.16.Dulapul de comandă include un microcontroler programabil, care asigur ă o

reglare automatizată a robinetelor destrangulare a conductelor respective înfuncţie de parametrii prescrişi deoperator şi de parametrii reali aidebitmetrelor. În memoria constantă acontrolerului sunt prevăzute mai multe

programe tehnologice, care pot fi alesede operator. Algoritmul de automatizaremai prevede, de asemenea, o afişare şiînregistrare a parametrilor principali, osemnalizare a regimului de funcţionareşi a stării elementelor principale, iar încaz de apariţie a unor defecţiuni segenerează semnale de avertizare saualarmă.

Instalaţia de normalizare alaptelui“Tetra Alfast Plus” posedă însăurmătoarele dezavantaje:

- conţine multe traductoare, regulatoare; Fig. 8.16. Instalaţia Tetra Pak - nu asigur ă o precizie înaltă a proceselor de normalizare din cauza reglării pe

baza unor relaţii de calcul dintre debit şi procentajul de gr ăsime, determinateexperimental;

- nu asigur ă o flexibilitate înaltă a liniei datorită asamblării varianteiconstructive la uzina producătoare şi nu ia în consideraţie variantele utilizatorului;

- diapazonul de reglare a productivităţii liniei de normalizare este relativ micdin cauza principiului de reglare prin strangulare doar a procentajului de gr ăsimi,excluzând reglarea lină a debitului pompei de alimentare sau a separatorului.

O construcţie şi o funcţionare asemănătoare o are şi instalaţia de normalizareautomatizată STANDOMAT a companiei WESTFALIA SEPARATOR , însăaceasta este mai performantă (fig. 8.17, a):- construcţia ei este mai compactă, dulapul de comandă este instalat direct pe ramă;- asigur ă o normalizare concomitentă a debitului de lapte, frişcă şi adaosuri (în cazde necesitate) cu un număr de traductoare nai mic,- productivitatea, precizia de standardizare şi flexibilitatea ei este mai mare;- separatorul se cuplează direct la această instalaţie (fig. 8.17, b).




a) b)Fig. 8.17. Instalaţia de normalizare automatizată STANDOMAT a companiei

WESTFALIA SEPARATOR Măsurarea productivităţii se efectuează cu ajutorul debitmetrelor de volum şi de

masă cu precizie şi rapiditate înaltă, iar reglarea – cu ajutorul robinetelor electropneumatice cu funcţionare prin impulsuri. Sistemul de reglare automată include 2 bucle închise, care compensează totodată variaţia temperaturii lichidelor.

Buclele de reglare automată sunt conectate în cascadă: bucla interioar ă de lapteeste subordonată buclei exterioare de frişcă. Reglarea automată şi automatizareainstalaţiei în întregime este realizată cu ajutorul controlerului programabilindustrial integral SIMATIC C7 628 (Siemens) (f ig. 8.18).

Fig. 8.18. Controler SIMATIC C7 628 integrat în comanda instalaţieiSTANDOMAT




În acest sistem integrat al controlerelor SIMATIC S7–300 panoul operatoruluiconţine taste de comandă, programare şi alegere a programelor tehnologice defuncţionare, precum şi un display grafic, pe care este configurată schematehnologică. În memoria controlerului sunt prevăzute 14 variante de programetehnologice, care pot fi alese de către operator cu ajutorul tastelor F1 – F14 precumşi tastele cifrelor zecimale 0 – 9 pentru programarea parametrilor principali.După cum a fost menţionat mai sus, separatoarele centrifugale nu permit oreglare largă în intervalul subnominal, ceea ce a şi determinat companiaWESTFALIA SEPARATOR să utilizeze o acţionare nereglabilă a lor. Însăaceastă reglare nu este limitată în domeniul supranominal al vitezei separatoarelor.Dacă se ia în consideraţie momentul mare de iner ţie, timpul îndelungat de pornire şifrânare al separatoarelor şi necesitatea desf ăşur ării optime a proceselor hidraulice şielectromecanice, precum şi posibilităţile noi în cazul utilizării acţionării reglabile aseparatoarelor, atunci reglarea lină a vitezei lor cu ajutorul convertizoarelor de

frecvenţă se justifică. Această variaţie asigur ă în plus o reglare concomitentă şi propor ţională a ambelor canale de lapte şi frişcă, ceea ce permite nu numaiexcluderea par ţială a interdependenţei canalelor de ieşire, ci şi lărgireadiapazonului de reglare a productivităţii. Evident, că această lărgire cuprinde maimult diapazonul vitezelor supranominale, care pentru acţionările electrice reglabilecu convertizoare de frecvenţă nu este o problemă,

Reieşind din aceste considerente, compania daneză DANFOSS a propus şi aimplementat pentru linia de standardizare (normalizare) a laptelui 3 sisteme deacţionare electrică reglabilă a mecanismelor principale - separatorului, pompei dealimentare cu lapte şi mixerului de amestecare prealabilă a acestuia (fig. 8.19).Reglarea lină a vitezei tuturor motoarelor este realizată cu ajutorul convertoarelor de frecvenţă VLT ale aceleaşi companii. Pompa de alimentare cu lapte aseparatorului, cu debitmetru electromagnetic de volum MAG (m3 /s) la ieşire,asigur ă reglarea productivităţii necesare a liniei de normalizare într-un diapazonnecesar. Stabilizarea procentajului de gr ăsimi în frişcă se efectuiază prin reglarealină a vitezei separatorului in dependenţă de semnalul de reacţie a debitmetruluimasic [MASS – kg /c] de la ieşirea canalului respectiv al separatorului. Reglareavitezei mixerului asigur ă o amestecare continuă a diferitor categorii de lapte sauadaosuri şi o stabilizare a conţinutului laptelui, absorbit de pompa de alimentare.

Convertizoarele VLT DANFOSS, după cum a fost menţionat în capitolul 3,conţin câte un regulator tehnologic propor ţional – integral, care determină tensiuneaşi frecvenţa lui de ieşire şi care este utilizat ca regulator de normalizare a frişcă-i. Normalizarea laptelui în acest caz se efectuează ca şi în cazurile precedente – prinrobinete de strangulare a conductelor. Aceste regulatoare au un regim defuncţionare mult mai uşor, aproape constant, asigurând debitele necesar de frişcă şide lapte degresat pentru a obţine laptele normalizat după amestecare în conducta adoua de ieşire a instalaţiei. Debitmetrele electromagnetice respective sunt amplasatela ieşirea valvelor menţionate. Al treilea robinet – robinetul de presiune constantă

este montat în conducta de ieşire a laptelui smântânit pentru a reduce presiuneafracţiunii acestuia, care se amestecă cu frişca în procesul de normalizare a laptelui.Surplusul de lapte degresat este orientat de ultimul robinet în rezervorul de




depozitare prin al treilea canal de ieşire a instalaţiei. Ca urmare, separatorul are unregim de funcţionare mai optimal şi o productivitate mai înaltă, spre deosebire devariantele precedente, care aveau doar două canale de ieşire.

Fig. 8.19. Linia DANFOSS de normalizare a laptelui cu acţionare reglabilă aseparatorului

Aşa dar, introducerea convertizorului de frecvenţă pentru reglarea vitezeiseparatorului, mai ales în intervalul supranominal, când cuplul de sarcină scade, permite o lărgire a diapazonului de reglare şi o creştere a productivităţii instalaţieide normalizare. Aceasta din urmă, împreună cu celelalte avantaje, justificăutilizarea convertizorului de frecvenţă pentru acţionarea separatorului. Evident, căautomatizarea liniei trebuie să prevadă o comandă coordonată a tuturor mecanismelor, care se realizează, de regulă, cu ajutorul unui controler industrial detipul SIMATIC S7

În figura 8.20 estereprezentată o altă instalaţiemodernă a companieiWESTFALIA, destinată

pentru cur ăţirea laptelui deimpurităţi. Panoul decomandă, separatorul decur ăţire, împreună curezervorul de acumulare aimpurităţilor şi pompa detransportare ulterioar ă a lor,în acest caz sunt practicintegrate în instalaţie.

Fig. 8.20. Instalaţia de cur ăţire centrifugală automatizată a laptelui




8.7 Instalaţii de sterilizare şi concentrare a laptelui

Aceste instalaţii asigur ă o pasteurizare – concentrare a laptelui la temperaturiînalte (130-140ºC) în scopul distrugerii definitive a bacteriilor şi păstr ării luiîndelungate, precum şi o pasterizare intensivă a produselor lactate de tipul

iogurtului cu diferite adaosuri: sucuri, siropuri, nectar şi altele. Sterilizareaconstituie o operaţie de bază la producerea laptelui concentrat şi a laptelui praf.În figura 8.21 este prezentată o instalaţie de sterilizare Tetra Therm Aseptic a

companiei suedeze TETRA PAK, care conţine un nod de alimentare cu pompăspecială şi tot aparatajul necesar de reglare, un schimbător de căldur ă, unomogenizator, un panou de automatizare.

Fig. 8.21. Instalaţie de sterilizare Tetra Therm Aseptic a companiei TETRA PAK

Laptele concentrat se produce din 2 variante de materie primă: din lapte integralde calitate bună şi din lapte praf degresat, care se amestecă cu apă, zahăr şi gr ăsimide lapte şi se trece printr-o moar ă coloidală.

În prima variantă laptele mai întâi se curăţ eşte de impurităţi prin separatoarecentrifugale, se răceşte până la 4 С 0 şi se normalizează , aducându-se la un raportnecesar de gr ăsime. După aceasta el este supus unui tratament termic preliminar de scurtă durată la o temperatur ă de 130-140 С 0 în scopul reduceriimicroorganismelor şi scăderii tendinţei de separare a gr ăsimii.




Următoarea operaţie este concentrarea (evaporarea apei din lapte) la otemperatur ă de 45-70 С 0 , folosind abur de o temperatur ă de 85 С 0 . Această operaţie poate fi efectuată prin mai multe metode şi instalaţii de concentrare cu contactdirect sau indirect cu aburul. Un randament înalt îl asigur ă instalaţiile în mai multecorpuri tubulare de evaporare (2-4) sub vacuum, conectate în serie, în care aburul se

aplică între ţevile cu lapte doar la primul corp, iar celelalte corpuri sunt încălzite cuvaporii formaţi în vaporizatorul precedent, în mod analogic vaporizării sucului dedifuzie din industria zahărului.

După concentrare laptele f ără zahăr se omogenizează în 2 trepte la presiuni150-200 bari şi 50-100 bari în scopul îmbunătăţirii stabilităţii emulsiei de gr ăsime prin micşorarea globulelor de gr ăsime, precum şi în alte scopuri. Apoi are locnormalizarea finală, ambalarea în cutii metalice şi sterilizarea acestora la otemperatur ă de 110-120 С 0 timp de 15-20 min.

Adăugarea zahărului în cazul laptelui concentrat cu zahăr se face după

concentrare într-o propor ţie de 62-64%. La o astfel de concentraţie a zahăruluiomogenizarea şi sterilizarea cutiilor metalice nu mai este necesar ă. De acea laptelecu zahăr se normalizează în final şi se r ăceşte în 2 trepte: mai întâi la 30-32 С 0 , iar apoi la 10 С 0 în scopul cristalizării lactozei.

Operaţiile tehnologice iniţiale la producerea laptelui praf sunt identice cucele de producere a laptelui concentrat f ăr ă zahăr până la omogenizare. Dupăomogenizare laptele concentrat este atomizat prin contact cu valţuri încălzite sauprin pulverizare şi uscare cu aer încălzit, de regulă în 2 trepte de temperatur ă.Pentru atomizare în practică se folosesc 2 tipuri de dispozitive de pulverizare:1) Dispozitiv centrifugal cu o turaţii 10000-20000 rot/min;2) Dispozitiv duză cu diametru 0.4-4 mm la o presiune a laptelui de 15-25 MPa.

Dispozitivele de pulverizare se plasează în partea de sus a camerei de uscarede formă cilindrică cu fund conic. În vecinătatea acestor dispozitive se formează uncâmp puternic de aer încălzit la o temperatur ă de 1800-200 С 0 , care asigur ă uscarea picăturilor mici de lapte şi transformarea lor în pulbere. Această pulbere esteevacuată împreună cu aerul prin partea de jos a camerei şi transportată pneumaticla unul sau mai multe cicloane de separare a laptelui praf de aer.

8.8 Instalaţie de amestecare şi utilizare a laptelui praf

Laptele praf se foloseşte pentru obţinerea industrială a mai multor produselactate, inclusiv a laptelui pentru consum, iogurt, brânzeturi şi laptelui cu diferiţiaromatizatori. Utilizarea lui însă necesită o dizolvare şi amestecare uniformă cu apăfierbinte de 40-50ºC, gr ăsimi lactate şi adaosuri. Pentru aceasta compania TETRAPAK a elaborat o instalaţie specială Tetra Almix, care include un rezervor cu fundconic, unde este prevăzut un mixer de amestecare a tuturor componentelor (fig.8.22,a). Instalaţia mai conţine un schimbător pentru încălzirea apei, o pâlnie pentrulapte praf, o pompă de circulaţie şi amestecare exterioar ă, un panou de automatizareşi conducte cu armatur ă de reglare şi măsurare a concentraţiei particulelor solide.(fig. 8.22.b). Laptele este amestecat de pompă prin conducta exterioar ă până seajunge la concentraţia necesar ă, apoi este lăsat 15-20 de minute pentru hidratare.






8.9 Instalaţii aseptice de păstrare şi îmbuteliere a sticlelor cu lapte

În ultimul timp cerinţele sanitare de păstrare, prelucrare şi îmbuteliere-ambalarea produselor lactate au crescut substanţial. Pentru satisfacerea acestor cerinţe au fostelaborate instalaţii speciale, numite aseptice, care asigur ă o păstrare îndelungată şi

o îmbuteliere sterilă a laptelui datorităexcluderii posibilităţii de pătrundere a bacteriilor în produsele lactate. Acesteinstalaţii au o construcţie specială, careexclude în plus orice depunere remanentă,care să servească ca sursă de dezvoltare a bacteriilor.

În figura 8.23 este ar ătat un rezervor aseptic Tetra Alsafe de păstrare temporar ă a

laptelui, în care este utilizat un aer filtrat şicurat deasupra laptelui, menţinut la oanumită presiune. În afar ă de aceasta,dulapul lui de automatizare prevede câtevacăi de extragere ermetică şi concomitentă alaptelui, precum şi o spălare şi dezinfectarescurpulentă.

Fig. 8.23. Rezervor de păstrare sterilă şi îndelungată a lapteluiÎn figura 8.24 este prezentată o linie de îmbuteliere aseptică a laptelui, produsă

de compania italiană AVE INDUSTRIES. Ea asigur ă o spălare într-o soluţie dedezinfectare şi o clătire minuţioasă nu numai a sticlelor, ci şi a dopurilor.

Fig. 8.24. Linie de îmbuteliere a companiei italiene AVE ÎNDUSTRIES în condiţiisterile a sticlelor de lapte




8. 10 Procese şi utilaje tehnologice de fabricare a untului

8.10.1 Procese tehnologice tipiceFabricarea untului reprezintă una din principalele ramuri de industrializare a

laptelui, întrucât el reprezintă unul din cele mai r ăspândite produse lactate

concentrate. Procesul industrial de fabricare al untului include 2 faze principale:obţinerea smântânii din lapte prin separare centrifugală şi transformarea smântâniidulci în unt. Faza a doua se realizează prin 2 metode:1) prin prelucrare termică şi mecanică gravitaţională şi periodică a smântânii cuconţinut ridicat de gr ăsime (70-80 %), egal practic cu cel al untului.2) prin baterea continuă a smântânii cu conţinut mediu de gr ăsime (30-40 %);

Ambele metode necesită o anumită temperatur ă a smântânii, de regulă, nu mairidicată de 3-5ºC, obţinută cu ajutorul unui sistem special de r ăcire cu apă rece sausaramur ă, r ăcită până la – (5-7) ºC. Temperatura de ieşire a untului este de 12-15º C

În figura 8.25 este reprezentată schiţa liniei tehnologice de fabricare clasică auntului din frişcă în flux periodic (A) şi continuu prin batere (B). Instalaţia periodică 11 de formă cubică sau cilindrică şi încărcată pe jumătate cu frişcă de 70-80 % gr ăsime se roteşte cu o viteză mică – 50-150 rot/min. Fiind r ăcită brusc printr-o cămaşă exterioar ă şi ridicată sus sau malaxată, frişca se cristalizează în 60-120 s,transformându-se în unt, care apoi se ambalează în cutii de carton de 24 kg.

A doua metodă are la bază 2 mecanisme separate sau într-o singur ă carcasă13. Primul asigur ă o batere intensivă şi continuă a smântânii cu nişte palete, care serotesc cu o viteză de 1500-3000 rot/min până la obţinerea bobului de unt. Dupăaceasta, zara este separată de bobul de unt în cel de-al doilea mecanism separat,numit texturator, care are mai multe secţii consecutive, legate cu un şnec interior pentru malaxare. Ultimul proces şi mecanism au ca scop unirea boabelor de unt într-o masă compactă şi omogenă, plastifierea untului, normalizarea conţinutului de apăşi adaosul unor ingrediente sau substanţe de sporire a conservatilităţii untului.

Fig. 8.25. Schiţa liniei tehnologice de fabricare a untului în flux periodic(A)şi continuu (B): 1-pomp ă; 2-cântar; 3-van ă de recep ţ ie; 4-schimb ător de c ăldur ă cu pl ăci; 5- separator centrifugal; 6-rezervor intermediar; 7- pasterizator de smântân ă; 8-vacuum –

dezodorizator; 9-rezervor pentru smântân ă; 10-pomp ă cu piston; 11-putineu cu ac ţ iunediscontinu ă ; 12-omogenizator de unt; 13- instala ţ ie de batere a smântânii şi ob ţ inere a untului în flux continuu.




Fiecare din aceste metode însă posedă avantajele şi dezavantajele sale, deaceea în practică se utilizează ambele metode. Metoda de obţinere a untului prin batere asigur ă o productivitate mai înaltă la un număr mai mic de maşini şi utilajetehnologice; orice asortiment de unt, inclusiv cu diferite ingrediente de o anumitădoză (cu ciocolată, de exemplu); o calitate şi o stabilitate mai înaltă a untului; o

spălare şi o exploatare mai simplă. În schimb ea necesită un consum relativ deenergie electrică cu 45-50 % mai mare şi un timp mai îndelungat faţă de metoda periodică.

8.10.2 Instalaţii clasice de fabricare a untului

Ca materie primă principală pentru fabricarea periodică a untului serveştefrişca cu conţinut maxim de 75-80 % gr ăsimi, prelucrată mecanic şi r ăcită brusc.Evident, că frişca de 75-80 % poate fi obţinută printr-o separare centrifugală dublă,

deoarece la o separare primar ă a laptelui natural se obţine mai întâi frişcă de 30-40%, care apoi este supusă unei separ ări secundare. Aceasta din urmă însă trebuieefectuată la temperaturi de 85-90ºC. De aceea frişca de gr ăsime medie seîncălzeşte mai întâi într-un pasteurizator tubular cu abur până la aceste temperaturi,apoi este pompată în separatoare centrifugale speciale. După aceste separatoarefrişca este r ăcită brusc într-un bloc de cilindri cu „cămaşă” exterioar ă, prin carecirculă agentul frigorific, care-o r ăceşte până la 12-16ºC, transformând-o în unt.

În figura 8.26 este reprezentată linia tehnologică de fabricare a untului în fluxdiscontinuu de producţie sovietică cu o astfel de tehnologie şi cu o productivitatede 700 kg / h. Utilajele acestei linii sunt enumărate în subtitrul figurii.

Fig. 8.26. Linia tehnologică clasică de fabricare periodică a untului:1-rezervor de fri şc ă cu grad mediu de gr ă sime; 2-comutator automatizat de ocolire (by pas); 3-pomp ă centrifugal ă ; 4-pasteriuzator tubular; 5-rezervor pentru fri şc ă fierbinte; 6-trei separatoare centrifugale; 7-cad ă pentru fri ş ca cu grad înalt de gr ă sime cu

amestec ă tor; 8-pomp ă de fri şc ă cu grad înalt de gr ă sime; 9-supap ă de limitare a presiunii pân ă la 1,5 bar; 10-manometru; 11-instala ţ ie din trei cilindri de ob ţ inere auntului; 12-cântar pentru unt; 13- pomp ă pentru zar ă .




În figura 8.27 este reprezentată instalaţia cu 3 cilindri de obţinere a untului dinfrişcă cu grad înalt de gr ăsimi, care se pompează doar în cilindrul de jos. Toţicilindrii au aceeaşi construcţie: un diametru de 315 mm şi o lungime de 700 mm,fiind plasaţi vertical unul peste altul, conectaţi consecutiv şi având o că ptuşealădublă pentru circulaţia saramurii sau apei reci de o temperatur ă de 0°C pentru

r ăcire. Prin cilindrul de jos circulă apă rece, iar prin ceilalţi cilindri – saramur ă sub0ºC, însă această ordine poate fi schimbată cu ajutorul robinetelor, montate în parteadreaptă a cilindrilor. Fiecare cilindru are 2 flanşe, pereţi dubli pentru sistemul der ăcire, un motor de 2,2 kW cu reductor, un tambur ermetic cu cuţite de împingere auntului, antrenat de motor cu o viteză de 150 rot/min .

Fig. 8.27. Construcţia instalaţiei cu 3 cilindri de obţinere a untului:1-motor de ac ţ ionare; 2,3-ro ţ i dinţ ate ale reductorului; 4,5-rulmen ţ i; 6-carcasa reductorului;7,15 - inel de ermetizare; 8,14-flan şe; 9.11-elementele c ă măş ii de r ă cire; 10-spiral ă ; 12-carcasa exterioar ă ; 13-tamburul de împingere a untului;16-robinet de evacuare a untului

Tamburul de împingere însă nu are o formă regulată, ci este tăiat din 2 păr ţi (fig.8.28). La rotirea tamburului cuţitele rad untul lipit de suprafaţa interioar ă a cilindruluişi-l amestecă cu masa de frişcă în camerele de amestecare. Apoi toată masa esteîmpinsă spre racordul de ieşire.

Fig. 8.28.Secţiunea unui cilindru Fig. 8.29. Instalaţie de fabricare periodicăcu tamburul 1 şi cuţite de radere a untului prin metoda gravitaţională




O altă variantă clasică de fabricare periodică a untului se bazează pe for ţagravitaţională. Un vas de formă conică sau cubică se încarcă pe jumătate cu frişcă,apoi se roteşte cu o viteză de 30–70 rot/min (fig. 8.29). Frişca este lăsată să cadă brusc sub acţiunea for ţei de gravitaţie. În interiorul vasului se află nişte palete, careasigur ă o amestecare a smântânii. Pentru r ăcirea smântânii instalaţia este prevăzută

cu mecanism special 3 de stropire cu apă rece, iar la spălare – cu apă fierbinte.În figura 8.30 este reprezentată construcţia simplificată a unei instalaţii clasicede fabricare a untului prin batere în flux continuu, care asigur ă obţinerea untului, cişi prelucrarea lui: separarea de zer, sărarea şi spălarea, evacuarea aerului, dozarea şi presarea. Ultimele operaţii de prelucrare se realizează cu ajutorul unui altmecanism, numit texturator sau malaxor, care este asociat cu bă tă torul. Aşa dar,instalaţia clasică conţine 2 mecanisme principale separate cu acţionare electricăindividuală: mecanismul de batere de formă cilindrică 5 cu bătătorul 7 în interior şi texturatorul (malaxorul) 8, de asemenea de formă cilindrică, însă cu 2–3

camere consecutive şi cu şnec în fiecare camer ă. În prima camer ă se separ ă zara deunt, care se scurge printr– o sită în rezervorul de acumulare 10. Apoi untul se spală,dacă este nevoie, sau se sărează. Spălarea se face cu apă curată de o temperatur ă de5–8 С 0 prin stropire sub o presiune de 0,5–0,7 MPa, având ca scop r ăcirea şieliminarea zarei r ămase între boabele de unt. Următoarea operaţie de prelucrare-malaxare este sub vacuum în camera 12, care are ca scop eliminarea aerului din produsul finit şi mărirea consevabilităţii lui.

Fig. 8.30. Construcţia instalaţiei clasice de fabricare a untului în flux continuu:1-carcas ă ; 2-motor de ac ţ ionare electric ă ; 3-variator mecanic de vitez ă ; 4-robinet; 5-bă t ă tor; 6- c ă ma şă de r ă cire; 7-palete de amestecare; 8-texturator; 9-camera de sp ă larea bobului de unt; 10-vas de scurgere a zarei; 11- vas de scurgere a apei de sp ă lare; 12-camer ă de prelucrare a untului în vacuum; 13-matrice cu orificii; 14-pomp ă de dozare;15-capac conic de evacuare; 16-panou de comand ă .




Conţinutul de apă în untul fabricat variază în decursul procesului tehnologic înlimite considerabile. Dacă acest conţinut de apă este mai redus decât cel prevăzutde standard, în ultima secţie de malaxare se adaugă cantitatea necesar ă de apă cuajutorul pompei de dozare 14. Viteza de malaxare poate varia în limitele 10 – 70rot./min şi se stabileşte în funcţie de proprietăţile bobului de unt şi de conţinutul de

apă în produsul finit. Cilindrul de malaxare la ieşirea untului se îngustează pentru aasigura o presiune necesar ă la ambalare.Pentru a asigura o batere şi o malaxare optimală, frişca şi untul trebuie să aibă o

temperatur ă de 3–5 С 0 , care se menţine prin circulaţia apei reci între pereţii dubli aicilindrilor de batere şi de malaxare.

Procesul de batere a smântânii şi de formare a bobului de unt este influenţat într – o mare măsur ă de viteza de rotaţie a bătătorului cu palete, care se stabileşte, larândul său, în funcţie de conţinutul de gr ăsime în smântână, de productivitate şi desortimentul de unt. De exemplu, în cazul unui conţinut mai mare de gr ăsime viteza

bătătorului se măreşte, de asemenea mărindu–se totodată debitul de frişcă, pentru a preveni formarea prea timpurie a bobului de unt. Prin variaţia turaţiei bătătorului se poate regla şi conţinutul de apă în bobul de unt, iar ca urmare şi în produsul finit. Înlegătur ă cu acestea acţionarea electrică a mecanismului de batere trebuie să fiereglabilă prin variaţie lină. Acelaşi lucru se refer ă şi la acţionarea malaxorului. Îninstalaţiile clasice această reglare se f ăcea cu ajutorul variatoarelor mecanice.

Puterea motorului mecanismului de batere poate fi calculată după relaţiaP = F v / 103 t , kW,

unde F,v – for ţa de rezistenţă şi viteza circular ă a paletelor de batere.Productivitatea şnecurilor depinde de diametrul lor Dş, pasul sş şi turaţia nş:

Q = 0,785 ( Dş )2 sş nş, m3 / s.Puterea motorului şnecurilor

P = 7,7 v d2 z p / 103, kW,unde v –viteza de ş priţuire a untului, m/s; d – diametrul orificiilor de ş priţuire, m; z – numărul orificiilor; p = ( 1,5 –2,0 ) 102 kPa –pierderile de presiune.

8.10.3 Instalaţii moderne de fabricare a untului

Instalaţiile moderne de fabricare a untului au la bază aceleaşi procesetehnologice, însă au o construcţie mai compactă şi mai raţională, o funcţionarecontinuă, acţionări electrice asincrone reglabile cuconvertizoare de frecvenţă pentru mecanismele principale şi controlere programabile în sistemul lor de automatizare complexă. În figura 8.31 estereprezentată o instalaţie ucraineană modernă defabricare continuă a untului prin r ăcire bruscă cu 8cilindri şi o productivitate de 1000 kg/h.

Fig. 8.31. Instalaţie ucraineană modernă defabricare continuă a untului cu cilindri de r ăcire




În figura 8.32 sunt prezentate variantele ruseşti modernizate ale celor 2mecanisme separate de fabricare continuă prin batere şi malaxare a untului – bă tă torul şi texturatorul, – descrise în punctul precedent (fig, 8.30). Ele sunt dejaînzestrate cu acţionări electrice asincrone reglabile cu convertoare de frecvenţă şicu controlere programabile de comandă.

a) b)Fig. 8.32. Bătătorul (a) şi texturatorul (b) instalaţiei moderne ruseşti de fabricare

continuă a untului prin batere

Aspectul general al unei instalaţii similare germane este prezentat în figura 8.33.

Fig. 8.33. Aspectul general al instalaţiei de fabricare a untului BUD Westfalia




Această instalaţie se deosebeşte, în primul rând, de cea clasică prin aceea, că prevede 2 cilindri de batere şi 2 texturatoare (fig. 8.34). Frişca cu grad mediu degr ăsime se pompează în primul cilindru de batere 1. Alimentarea cu frişcă esteconstantă şi totodată flexibilă datorită buclei închise cu traductor de debit şiconvertizor de frecvenţă a pompei de alimentare. Bobul de unt format în primul

cilindru nimereşte apoi împreună cu zara în cel de-al doilea cilindru de batere 2. Înacest cilindru se face prima separare a zarei, iar boabele de unt sunt transmise în primul texturator 3. În acesta din urmă se separ ă mai întâi r ămăş iţele de zar ă, caresunt reîntoarse (reciclate) în cel de-al doilea cilindru. Boabele de unt sunttransmise în prima camer ă de malaxare şi dozare cu apă, sare sau alte ingrediente.După absorbirea aerului în camera de vacuum 5, ele nimeresc în cel de-al doileatexturator 6, iar apoi sunt preluate de pompa de evacuare şi transportate 7 cătremaşina de ambalare.

Fig. 8.34. Schema constructivă a instalaţiilor BUD de fabricare continuă a untului

Toate pompele, inclusiv cea de reciclare a zarei, primul cilindru de batere şi primul texturator sunt dotate cu acţionări electrice reglabile în frecvenţă, iar automatizarea este realizată cu un controler SIMATIC C7. La monitorul acestuiasunt scoşi toţi parametrii principali şi schema tehnologică în culori. Controlerulasigur ă o automatizare nu numai a proceselor principale, ci şi a spălării prealabilesau finale a instalaţiei. Puterea motoarelor primului cilindru de batere pentru

productivităţi 1000-6000 kg/h constituie 22-75 kW, a cilindrului al doilea - 10-12kW, a primului texturator – 5,5-15 kW, a texturatorului al doilea şi pompelor – 1.5-2.2 kW.




8.11 Procese şi utilaje tehnologice de fabricare a brânzeturilor

Brânzeturile reprezintă o concentraţie mărită a celor mai importanţi compuşiai laptelui – gr ăsimea şi proteinele, – care condiţionează o valoare nutritivă şicalorică înaltă – 2500-4500 kcal/kg (aproximativ de 2 ori mai mică decât cea a

untului, însă de 4-5 ori mai mare ca a laptelui). Datorită acestui fapt, precum şi proprietăţilor de păstrare îndelungată - luni şi chiar ani întregi - brânzeturile audevenit unele din cele mai valoroase produse alimentare, cu toate că au o tehnologiemai complicată, o durată de fabricare şi un preţ de cost mai mare decât al untului.

Varietatea de materie primă şi a tehnologiilor folosite la fabricarea brânzeturilor a condiţionat o diversitate foarte mare de astfel de produse, care sedeosebesc atât prin compoziţie, cât şi prin proprietăţi gustative. De aceea ele seclasifică după mai multe criterii. După proprietăţile structurale şi tehnologice, sedisting: brânzeturi cu pastă tare, semitare, moale, în saramur ă, ambalaje speciale,

topite şi cu adaosuri. După modul de coagulare a laptelui, ele se clasifică în brânzeturi cu cheag de origine animală şi cu culturi bacteriene selecţionate înlaboratoare speciale (cu maia). Laptele însă trebuie să fie de calitate înaltă.

Tehnologia de fabricare a diferitor sorturi de brânzeturi include multe operaţiicomune. Schiţa tehnologică simplificată de producere a brânzeturilor cu cheag estereprezentată în figura 8.35 cu 4 variante posibile de pregătire a laptelui pentrucoagulare – A,B,C şi D, care difer ă prin unele condiţii de normalizare şi maturare.

Fig. 8.35. Schiţa liniei tehnologice de fabricare a brânzeturilor cu cheag:1-pomp ă; 2-separator de aer; 3-contor; 6,7-rezervor; 8-separator – normalizator; 9- pasteriuzator; 10- înc ă lzitor; 11-separator cur ăţ itor; 12-r ăcitor; 13-rezervor intermediar; 14- filtru; 15-van ă pentru coagulare; 16-pomp ă coagul; 17-aparat pentru fasonare; 18-seprare zer;

19-c ărucior pentru auto presare; 20-prese; 21-cântar; 22,23-container şi bazin pentru s ărare;24-rafturi pentru maturare; 25-instala ţ ie de sp ă lare; 26-instala ţ ie pentru uscare;27-parafiner;28.29-ma şini de împachetare şi ambalare.




Însămânţarea laptelui cu culturi bacteriene pure, special selecţionate, areca scop restabilirea microflorei naturale a laptelui, distrusă prin pasteurizare.Culturile bacteriene artificiale însă au o concentraţie mai mare decât cele naturale,de aceea durata de coagulare a laptelui lăsat în repaos este de 30-35 min.Rezervoarele cu lapte însămânţat pot avea o construcţie închisă, sau deschisă, de

exemplu de tip cadă şi cu pereţi dubli (fig. 8.36). Pentru o coagulare uniformăaceste rezervoare sunt prevăzute cu nişte amestecătoare.

Fig. 8.36. Rezervor deschis de coagulare a laptelui însămânţat

După închegarea coagului se recurge la prelucrarea lui în scopul înlătur ăriizerului şi crearea unor condiţii favorabile pentru formarea şi maturarea brânzeturilor. Pentru aceasta coagul mai întâi se taie în coloane verticale, apoi semărunţeşte prin amestecare până are loc obţinerea boabelor de coagul. Tăierea şimărunţirea coagului pot fi efectuate cu acelaşi amestecător, înzestrat cu nişte cuţitespeciale. Evident, că ele trebuie să aibă o acţionare electrică reglabilă şi reversibilă.Acest proces se cheamă sinereză , în rezultatul căreea din boabe se elimină 20-25 %

de zer, care pot fi eliminate simplu în exteriorul căzii (fig. 8.36).După aceasta masa de boabe şi zer se încălzeşte pentru eliminarea maximă azerului. Încălzirea se realizează prin circulaţia aburului sau a apei calde în spaţiuldintre pereţii dubli ai căzii de coagulare. Totodată masa se amestecă continuu pentru o încălzire uniformă. Durata totală de prelucrare a coagului constituieaproximativ 30 min.

Următoarea operaţie tehnologică o constituie formarea brânzeturilor, careare ca scop unirea în bucăţi standardizate a boabelor de coagul, corespunzătoaresortimentului de brânză fabricat. Acest proces se realizează prin evacuarea masei de

coagul din cadă şi turnarea ei în nişte forme speciale perforate din metal sau masă plastică (fig. 8.37). În acest proces se mai elimină o parte din zer, însă nu complet.




Fig. 8.37. Evacuarea şi turnarea masei de coagul în forme dreptunghiulare

Eliminarea totală a zerului are loc în următoarea operaţie – presarea, care are cascop comprimarea boabelor de coagul într-o masă compactă. Presarea poate firealizată prin 2 procedee: - pe cale naturală, sau prin acţiunea unei for ţe exterioare la brânzeturile cu pastă tare. În ultimul caz formele cu brânză se aşează sub prese cu pârghii sau pneumatice (fig. 8.38). Durata presării for ţate durează între 6 şi 24 deore în funcţie de mărimea bucăţilor.

Fig. 8.38. Presarea formelor dreptunghiulare de brânzeturi

Următoarea operaţie tehnologică este sărarea brânzeturilor, care îmbunătăţeştecalitatea gustativă şi reglează activitatea microorganismelor. Această operaţie se

realizează prin 3 metode: în salamur ă, în bob ( înainte de a fi introduse în forme) şiîn stare uscată prin presarea sării uscate pe suprafaţa bucăţilor de brânză. Mai desse utilizează sărarea în căzi cu saramur ă (fig. 8.39, b).




a)

b)Fig. 8.39. Transportarea şi sărarea bucăţilor de brânză în saramur ă

Peni ultima operaţie este maturarea brânzeturilor, care reprezintă un complexde procese microbiologice, biochimice şi fizico-chimice, ce se petrec în masa de brânză după sărare şi zvântare. Această operaţie se realizează prin păstrarea bucăţilor de brânză în încă peri speciale cu anumite condiţii de temperatur ă şiumiditate, cel puţin câteva zile. În aceste zile în masă se acumulează nişte gaze,care formează goluri (ochiurile) de aer. În procesul de maturare bucăţile de brânzăse aranjează pe stelaje speciale. După aceasta ele se împachetează în peliculă de

polietilenă şi se clipsează (etanşează) cu ajutorul unor maşini automate şi sedepozitează.




8.12 Spă larea utilajelor şi instalaţiilor tehnologice

Spălarea utilajelor şi conductelor după terminarea oricărui proces de prelucrarea laptelui sau a produselor lactate reprezintă o operaţie obligatorie, la fel ca şi toateoperaţiile tehnologice. R ămăş iţele sau depunerile lactate din vase conţin

microorganisme lactate, care după o staţionare îndelungată se transformă în bacterii, care pot dăuna substanţial ciclurile următoare de prelucrare. De exemplu,un simplu borcan de lapte, lăsat în condiţii casnice până la o fermentare –coagulare – smântânire naturală, în ciclul următor nu mai asigur ă cantitatea şi calitatea desmântână sau chefir, dacă nu este sterilizat. De aceea toate utilajele şi instalaţiilede prelucrare industrială a laptelui şi produselor lactate prevăd o spălare cu apăfierbinte şi cu soluţii acido-bazice speciale, precum şi o dezinfectare periodică.

Pentru aceste scopuri compania suedeză TETRA PAK produce 2 instalaţiiTetra Alcip de spălare – dezinfectare automatizată cu controler SIMATIC S7 a

unei sau mai multor linii tehnologice cu o programare în timp până la 16 contururide circulaţie a apei sau a soluţiilor chimice de spălare (fig. 8.40).

Fig. 8.40. Instalaţia de spălare–dezinfectare Tetra Alcip a companiei TETRA PAK




Schema tehnologică a acestei instalaţii, cu 3 rezervoare de acumulare a soluţii -lor bazice (Щ ), acide (К), şi apei fierbinţi (В), este reprezentată în figura 8.41.Conectarea oricărui in aceste rezervoare la conducta principală de spălare,evidenţiată cu culoare verde, şi formarea contururilor de circulaţie închisă a apeisau soluţiilor chimice, se efectuează cu ajutorul ventilelor pneumatice, instalate pe

conductele tur-retur. Aceste ventile, produse de exemplu de compania germanăFESTO, sunt mai preferabile decât cele electromagnetice din cauza condiţiilor grelede exploatare, în particular a umidităţii înalte. Circulaţia apei în circuitul de spălareeste asigurată de o pompă reglabilă în turaţie a companiei GRUNDFOS. La ieşireaei este instalat schimbătorul de căldur ă, care asigur ă temperatura dorită a soluţiilor pompate. În instalaţia din figura 8.40 sunt utilizate 3 agregate reglabile de pompareGRUNDFOS cu convertizoare de frecvenţă integrate, evidenţiate prin culoare roşie.Ele asigur ă o productivitate reglabilă în diapazonul 15000-24000 l/h.

Instalaţia de spălare Tetra Alcip mai include, de asemenea, un rezervor de

acumulare a apei de clătire sau apei utilizate, evidenţiat în figura 8.41 prin culoarealbastr ă.

Fig. 8.41. Schema tehnologică a instalaţiei de spălare-dezinfectare Tetra Alcip

Automatizare instalaţiei se efectuează cu ajutorul controlerului SIMATIC S7şi panoului operatorului, montat pe uşa dulapului de comandă. Alegerea unui panou senzorial de tipul Tuch exclude necesitatea utilizării mai multor butoane peuşa dulapului de automatizare, cu excepţia butonului de deconectare avariată.Fiecare contur de spălare are programul său, automatizat în funcţie de timp,temperatura şi conductibilitatea soluţiilor utilizate, măsurate cu traductoarecorespunzătoare, care sunt montate pe conducta de retur.

Instalaţiile Tetra Alcip asigur ă nu numai spălarea şi dezinfectarea utilajelor tehnologice, ci pregătirea automată a soluţiilor chimice necesare.




8.13 Operaţii tehnologice de fabricare a îngheţatei

La fabricarea îngheţatei se folosesc mai multe materii prime şi anume:- materii prime de origine lactată : smântână proaspătă, unt proaspăt, gr ăsimeanhidr ă din lapte, smântână uscată, fracţiuni de gr ăsimi, lapte praf,

- materii prime de origine nelactată : îndulcitori nutritivi şi nenutritivi,stabilizatori, emulgatori, aromatizanţi şi coloranţi.Din îndulcitorii nutritivi fac parte: zaharoza, lactoza, fructoza, siropul de

glucoză, care condiţionează gustul dulce al îngheţatei, aroma ei, punctul decongelare, de topire. Îndulcitorii nenutritivi sunt mult mai dulci decât zahărul.

Substanţele stabilizatoare din coaja fructelor citrice şi prin modificareachimică a celulozei influenţează omogenitatea şi viscozitatea mixului.

Substanţele emulgatoare se folosesc pentru îndeplinirea unor condiţii sanitare,de păstrare la umiditate, temperatur ă, şi pentru micşorarea preţului de cost.

Substanţele aromatizante şi colorante – extractul de vanilină, cacao,ciocolata, sâmburi de migdale, poamă, nuci, alune, diferite fructe sunt de originenaturală. Însă mulţi aromatizanţi şi coloranţi au o origine sintetică.

Tehnologia de fabricare a îngheţatei cuprinde urmă toarele operaţii: pregătirea materiilor prime, pregătirea mixului în rezervoare speciale din oţel inoxidabil cu pereţi dubli

pentru încălzire, cu conductă pentru alimentare şi cu mecanism de amestecare, pasteurizarea mixului şi omogenizarea are ca scop nu numai distrugerea

bacteriilor patogene, ci şi favorizarea topirii şi amestecării componentelor pentru

obţinerea unui mix uniform, precum şi pentru reducerea dimensiunilor globulelor degr ăsime, r ăcirea până la 3-5 С 0

şi maturarea mixului timp de 3-4 ore are ca scopîmbunătăţirea consistenţei, texturii, rezistenţei la topire şi a capacităţii de aerare.După maturare în mix se introduc aromele şi coloranţii,

Congelarea par ţială (freezerarea) a mixului prin r ăcire prealabilă până la -5÷-6 С 0 timp de 1-2 minute, când se formează cristale mici de gheaţă (50-60%) şi seobţine o îngheţată catifelată cu bule de aer între ele, fapt pentru care în freezer seintroduce aer comprimat de o presiune de 3-5 bari. Freezerul reprezintă un aparat

constituit din 2 cilindri concentrici, între care circulă agentul frigorific, iar îninterior se găseşte un dispozitiv cu cuţite şi cu palete de „batere”, por ţionarea şi ambalarea îngheţatei în diferite ambalaje – mari sau mici, călirea îngheţatei prin r ăcirea până la -30 С 0 pentru o păstrare îndelungată, depozitarea îngheţatei călite se efectuiază la temperaturi -10÷-20 С 0 .Pentru ambalarea îngheţatei se folosesc mai des automate circulare, cu toate

că sunt şi liniare, care intr ă în componenţa liniei freezerului şi reprezintă nişteagregate complexe, care în afar ă de dozarea şi umplerea formelor cu îngheţatăfreezerată, introducerea beţişoarelor în ele, mai asigur ă şi congelarea şi glazurarea

îngheţatei călite într-o baie de glazurare cu unt de cacao, zahăr şi lecitină şitransportarea îngheţatelor către maşina de ambalat.



9. PROCESE ŞI UTILAJE TEHNOLOGICEAUTOMATIZATE DIN INDUSTRIA C ĂRNII

9.1 Opera ţii tehnologice principale de prelucrare primar ă aanimalelor şi păs ărilor

Prelucrarea primar ă a animalelor include următoarele operaţii principale:suprimarea vieţii; extragerea sângelui; tăierea capului şi a membranelor; jupirea pielii; extragerea organelor interne; despicarea carcaselor în două jumătăţisimetrice; toaletarea uscată şi umedă a carcaselor; sortarea;

În practică pot fi aplicate câteva metode de suprimare a vieţii animalelor: prinelectrocutare cu o tensiune alternativă de 120-380V de frecvenţă industrială de 50Hz sau de frecvenţă înaltă; prin anestezie cu gaze în camere speciale sau prin altemetode. Cea mai simplă este electrocutarea, însă ea condiţionează unele procesenegative în organismul animalului. După ce animalele îşi pierd cunoştinţa ele suntridicate pe un conveier de prelucrare preliminar ă, care începe cu extragerea sângeluicu ajutorul unor cuţite speciale în formă tubular ă. Capătul ascuţit al lor se introduceîn una din arterele de la gâtul animalului, iar celălalt capăt, unit cu un furtun, seconectează la un aparat (pompă) de vacuum. Extragerea în vacuum excludetotodată coagularea sângelui. Această operaţie decurge 6-10 min.

Următoarea operaţie este jupirea pielii animalelor, folosită ca materie primă pentru confecţionarea încălţămintei. Această operaţie începe manual, apoimecanizat cu ajutorul unor mecanisme speciale. Carnea porcinelor prevăzută pentruşuncă nu se jupoaie. Schema tehnologică a unei secţii de prelucrare primar ă prevede mai întîi opărirea animalelor în cazane speciale cu apă fierbinte de 63-65ºC timp de 3-4 min. Opărirea este necesar ă pentru uşurarea următoarei operaţii – raderea părului, realizată mai întîi în mod mecanizat cu ajutorul unei maşinispeciale de r ăzuit. Îndepărtarea părului ras în aceste maşini are loc sub presiuneaapei fierbinţi. Părul r ămas după r ăzuirea mecanizată se înlătur ă apoi manual, iar puful – prin pârlire la focul unor arzătoare cu gaz, instalate într-un cuptor ermetic.După aceasta carnea se cur ăţă de părticele arse şi se spală sub un sistem de maimulte duşuri, fiind urmată de extragerea organelor interne pe mese staţionare sau

mobile, deplasate cu ajutorul unui conveier. Spre finalul procesului are locîndepărtarea capului şi membrelor, despicarea carcaselor în două jumătăţi simetrice pentru a uşura transportarea lor, cântărirea şi depozitarea în frigidere spre păstrare.

Prelucrarea primar ă a păsărilor este mai simplă, prevăzând cam aceleaşioperaţii, ca şi în condiţii casnice: suprimarea vieţii, extragerea sângelui, opărirea şiînlăturarea penelor, pârlirea, scoaterea măruntaielor, r ăcirea, sortarea corpurilor întregi şi a subproduselor, ambalarea şi depozitarea. Unele din aceste operaţii seexecută manual, iar altele – mecanizat. Penele extrase apoi se spală, se storc princentrifugare, se usucă, se sortează, se împachetează şi se depozitează pentruutilizări diferite.



9. I NDUSTRIA C Ă RNII 582

9.2 Caracteristica general ă a proceselor şi utilajelor tehnologice principale de producere a salamurilor

Procesul tehnologic general de producere a salamurilor prevede următoareleoperaţii principale [44-46]:

preg ătirea c ărnii - tranşarea сarcaselor de carne, dezosarea , sortarea, sărarea,masarea, maturarea, mărunţirea şi tocarea cărnii; preg ătirea celorlalte materii prime şi ingrediente – soei,, cazeinei de natriu, plazmei de sânge, zahărului, crohmalului, mirodeniilor ş.a.

amestecarea (malaxarea) materiilor prime şi ob ţinerea umpluturii; şpri ţuirea umpluturii în ma ţe cur ăţ ate de animale sau înveli şuri artificiale ; prelucrarea termic ă - fierberea sau afumarea; r ăcirea sau uscarea ;

Fiecare dintre aceste operaţii se efectuează la o anumită temperatur ă şiumiditate. Tran şarea, dezosarea şi sortarea , de exemplu, se realizează în spaţiiclimaterizate cu temperatura aerului nu mai mare de 10 °C şi umiditatea relativă de65-70 %, iar carnea se introduce la tranşare cu temperatura de maximum 4 °C.După alegere carnea se taie în bucăţi de 50-150 g cu maşini speciale (fig. 9.1)

Sărarea c ărnii tranşate şi por ţionate se efectuează prin menţinerea ei în apăsărată cu o concentraţie de 2,5 - 4 % faţă de masa cărnii timp de 6-12 ore pentrusalamurile fierte şi 24-48 ore pentru salamuri afumate. Pentru sărarea, masarea şimaturarea cărnii dezosate în condiţii de igienă superioar ă şi în flux continuu se potutiliza două tipuri de utilaje de maturare: fixe şi rotative. Cele rotative, care asigur ăîmbinarea acestor operaţii, se numesc masajoare . Ele reprezintă un tambur rotitor,care asigur ă sărarea, masarea gravitaţională şi maturarea în vacuum a cărniidezosate (fig. 9.6 , 9.9. Această fază a procesului tehnologic contribuie laîmbunătăţirea calităţii salamurilor.

Tocarea poate fi efectuată cu ajutorul a 2 tipuri principale de maşini de tocat,care asigur ă un grad diferit de mărunţire, în funcţie de sortimentul salamurilor. Deexemplu, la producerea salamurilor afumate şi semiafumate este necesar ă o tocaregrosier ă (măşcată), cu păstrarea legăturilor dintre particulele mici de carne, care seefectuează cu ajutorul unor maşini electrice de tocare, asemănătoare dupăconstrucţie şi principiu cu maşinile manuale de tocat carne (fig. 9.10-9.13 ). Însă pentru producerea salamurilor fierte, crenvuştelor, cîrnăciorilor şi pateurilor estenecesar ă o tocare fină, însoţită de distrugerea structurii celulare spaţiale a cărnii,care se efectuează cu ajutorul unor maşini speciale, numite cutere . Ele suntînzestrate cu un număr mare de cuţite speciale (4-8, în dependenţă de sortulsalamului), care sunt instalate pe un arbore cu acţionare electrică (fig. 9.14 - 9.17 ).

Amestecarea materiilor prime se efectuează conform recepturii fiecărui sortde salam în parte. Ea este asigurată de nişte maşini cu palete rotitoare (fig. 9.18 -9.19). Însă amestecarea materiilor prime trebuie efectuată deseori într-o anumită

succesiune şi nu toate odată. În prezent au fost elaborate nişte cutere universale,care îmbină ultimele două operaţii - tocare-amestecare - într-un singur agregat cu o putere şi viteză de rotaţie mai mare, atingând chiar 5000-5500 rot/min.




După toate aceste operaţii pregătitoare urmează faza principală a procesuluitehnologic: şpri ţuirea amestecului de materii prime în maţele cur ăţate aleanimalelor sau în învelişuri artificiale. Pentru această operaţie la fel au fostelaborate maşini corespunzătoare, care pot avea o funcţionare continuă sau ciclică(fig. 9.21 , 9.24-9.25 ). Salamurile fierte sunt umplute cu o densitate mai mică a

amestecului de materii prime, iar salamurile afumate - cu o densitate mai mareîntrucît volumul acestora scade substanţial în procesele următoare de afumare şiuscare. Pentru a exclude pătrunderea aerului şi formarea unor bule de aer în salam,ş priţurile sunt înzestrate la nişte pompe de vacuum, care absorb aerul. Dupăumplere batoanele respective se r ăsucesc şi se leagă cu aţă sau se capsează, cuajutorul unor maşini corespunzătoare (fig.9.26-9.28 ), apoi sunt supuse unor operaţiide prelucrare termică.

Prima dintre operaţiile termice o constituie maturarea – menţinerea unuianumit timp la o temperatur ă de 4-6 ºC şi la o umiditate mare a aerului. Această

operaţie are mai multe scopuri: restabilirea structurii şi a porozităţii afectate înoperaţiile precedente, precum şi asigurarea condiţiilor favorabile pentrudezvoltarea microflorei amestecului. Salamurile moi sunt supuse matur ării timp deo or ă, crenvuştile şi cârnăciorii 2-4 ore, salamurile semiafumate 4-6 ore, celeafumate – uscate 5-7 zile. În decursul acestei operaţii amestecul se întăreşte, seusucă învelişul, au loc cîteva procese fermentative şi microbiologice, care atribuiesalamurilor atât aroma şi gustul specific, cât şi stimulează desf ăşurareaurmătoarelor operaţii.

După maturare salamurile destinate pentru fierbere, crenvuştele sunt supuseoperaţiei de pr ă jire, iar cele pentru afumare - se afumă. Prelucrarea termică areca scop principal creşterea rezistenţei învelişului şi a stratului exterior al salamului, precum şi obţinerea unui miros şi gust de produse afumate. După pr ă jire salamurilemoi se fierb la o temperatur ă de 75-80ºC timp de 60-80 min, iar crenvuştile timp de20-30 min. Fierberea poate fi efectuată prin două variante: în cazane apă fierbinte(fig. 9.29, 9.31 ) sau în camere cu abur, înzestrate cu un conveier în interior.

Afumarea salamurilor respective se efectuează în termocamere cu gaze defum, obţinute la arderea incompletă a lemnului umed (fig. 9.33, 9.38) . Substanţelegazoase pătrunzând şi îmbibând toate straturile salamului, îi asigur ă un miros şi ungust specific şi picant, eliminând o parte din umiditate şi din greutate. Însă pentru aexclude deformaţiile puternice, viteza de deshidratare trebuie să fie mică şiuniformă, de aceea afumarea poate avea loc şi la o temperatur ă de 18-20ºC.Durata de afumare depinde de sortul salamurilor. De ezemplu, pentru salamuriafumate ea constituie 2-5 zile, iar pentru salamuri semiafumate - 12-24 ore.

Operaţia finală este răcirea , care se efectuează rapid pentru a împiedicadezvoltarea bacteriilor. În procesul de r ăcire din salamuri se evapor ă o parte dinumiditate, ceea ce duce la micşorarea greutăţii sale cu circa 5-7%. În afar ă deaceasta, la uscarea rapidă cu aer rece membrana se usucă şi se încreţeşte. Pentru anu permite acestea şi pentru a micşora aceste pierderi, salamurile se r ăcesc cu apă.

După ele se usucă în termocamere la temperaturi de 30ºC timp de 10 min pentrucrenvuşti, 15 min pentru cîrnăciori, 30 min pentru salamurile fierte.




9 .3 Utilaje tehnologice moderne de producere a salamurilor

9.3.1. Ma şini de t ă iat carne congelat ă

Ma şina belorus ă COMPO este una din cele mau simple maşini, destinate

tăierii grosiere a carcaselor de carne îngheţată cu temperaturi -10 º ÷ -1 ºC şi cudimensiuni până la 600x400x 200 mm în bucăţele mici până la 200 grame. Aceastămaşină are o productivitate de 2500 kg/h, -în cazul unui motor de 11 kW, sau 4000kg/h - în cazul unui motor de 15 kW.

Aspectul constructiv general almaşinii este reprezentat în figura 9.1 . Eaeste constituită din carcasa 1, în care

elementul principal îl constituie arborelecu cuţite în formă de disc 2. În interiorulcarcasei se află motorul electric deacţionare 4 al arborelui prin intermediulcurelei 5. Motorul este înzestrat cu un blocde alimentare 6 şi cu un panou decomandă 9. Pentru schimbarea sauascuţirea cuţitelor este prevăzutăferestruica 10, iar în partea de jos dedesubtsunt montate patru picioruşe reglabile 12 pentru fixarea maşinii în poziţia de lucru.

Fig. 9.1. Maşina de tăiat carne COMPOArborele cu cuţite este constituit, la rîndul său, d in 2 păr ţi: partea

conducătoare şi partea condusă. Peele sunt sudate discurile de fixare a 4sau 8 cuţite şi discurile deîmpiedicare a atragerii bucăţilor decarne după sine în timpul tăierii (fig.9.2). Rotorul arborelui se roteşte cuajutorul rulmenţilor 8 acoperiţi cuscutul 7.Principiul de lucru al maşinii demărunţit constă în următoarele: blocurile sau carcasele de carne seîncarcă în fereastra de alimentare,mai apoi blocul sub acţiunea proprieigreutăţi se îndreaptă spre arborele cudiscuri, care se roteşte în direcţia

opusă blocului. Fig. 9.2. Construcţia arborelui cu cuţite




Schema electrică a maşinii este reprezentată în figura 9.3. Ea conţineîntrerupătorul de protecţie QF1, contactorul principal de alimentare a motoruluiKM1, blocul de alimentare 220//24 V, releul de comandă K1, butoanele S1„STOP” şi S2 „START”, întrerupătoarele de blocare SQ1- SQ5 şi lămpile L1-L4.

Puterea motorului maşinii poate fi determinată după o relaţie empirică:

TM r GS l k P 3

1

103600 , unde 23 /1017 m J l - consumul specific de energie la taierea21m de carne;

kg mS /)7.05.0( 21 -

suprafaţa de carne, obţinutăla tăierea 1 kg de carne, carese determină experimentalîn funcţie de diametrulorificiilor discurilor; TM -

0.9-0.94 - randamentultransmisiei; r k =1.1-1.5 -coeficientul de rezervă.

Fig. 9.3. Schema maşiniide tăiat carne COMPO

În figura 9.4 este reprezentată maşina de tăiat carne congelată a companieigermane KARL SHNELL KS-487 de o productivitate de 2 ori mai mare -5000kg/h [66]. Evident, că puterea motorului de acţionare a cuţitelor este mai mare - 45kW. Această maşină are un mecanism special de ridicare a carcaselor de carne în

buncărul de alimentare, amplasat în partea de sus. Această companie a elaborat, deasemenea, o maşină combinată COMBI KS 445 de aceeaşi productivitate, careasigur ă nu numai tăierea cărnii congelate, ci şi tocarea ei (fig.9.5 ). Fiecare dinaceste operaţii are motorul său cu 2 viteze şi cu puteri diferite - 45 kW şi 80 kW.Alimentarea cu carne se efectuează cu ajutorul unui şnec cu motor de 11 kW.

Fig. 9.4 Maşina de tăiat carne KS - 487 Fig.9.5 Maşina combinată KS - 445




9.3.2 Masajoare de s ărare, amestecare şi maturare în vid a c ărnii

Masajorul firmei poloneze „Dakstar” reprezintă o instalaţie, care permitesărarea, amestecarea şi maturarea într-un tambur rotitor f ăr ă aer a cărnii dezosate,

destinate producerii salamurilor. Acest masajor are următoarele date tehnice: capacitatea tamburului (cărnii)...................500 l (350 kg); diapazonul de reglare a vitezei tamburului....................3 - 9 rot/min; puterea pompei de vacuum..................0,75 kW; puterea motorului tamburului....................2,2 kW; mărimi de gabarit................................1730 x 1260 x 1490 mm.

Reglarea presiunii vidului este discretă, pe când reglarea vitezei motoruluitamburului este lină, efectuată cu ajutorul convertizorului japonez de frecven ţăHITACHI L200-022, iar automatizarea instalaţiei – cu microcontrolerul

programabil MIKSTER MCM 023.Construcţia masajorului este prezentată în figura 9.6 . Carcasa 1 este că ptuşităcu foi din oţel inoxidabil. În interiorul tamburului 2 sunt sudate pe rotor nişte paletede amestecare a cărnii. Încărcarea şi descărcarea tamburului cu carne este axială,descărcarea fiind asigurată la o rotaţie inversă printr-un mecanism special.Tamburul este prevăzut, de asemenea, cu o ferestruică de revizie 5, care uşureazătotodată şi cur ăţirea suprafeţei lui interioare. În partea anterioar ă tamburul sesprijină pe două role, iar în partea posterioar ă este montat către arborele deacţionare. Panoul de comandă 11 este montat pe o consolă, fixată de ramă. Motor-

reductorul 12 acţionează tamburul prin roţile dinţate 17 şi 18 cu un coeficient detransmisie egal cu doi. Sistemul de vid este constituit din pompa de vacuum 13supapa inversă 22, ventilul electromagnetic 23 şi manual 24, rezervorul dedecantare 15 şi ţeava de legătur ă cu tamburul prin arborele de acţionare.

Fig. 9.6. Proiecţii constructive ale masajorului polonez DAKSTAR




Motorul pompei de vacuum M2 este comandat prin contactorul ST şi protejat prin întrerupătorul automat Q (fig. 9.7 ). Convertorul de frecvenţă HITACHI L200are o alimentare monofazată şi o ieşire trifazată, prevăzută pentru motorul principalM1, conectat în triunghi. Alimentarea controlerului se efectuează printransformatorul TR, protejat la scurtcircuit de întrerupătorul B2, iar alimentarea

convertorului de frecvenţă de întrerupătorul B1.

Fig. 9.7. Schema electrică de principiu a masajorului DAKSTAR

Pornirea convertizorului şi motorului principal M1 este asigurată decomutatorul P1, iar inversarea sensului de rotaţie la descărcarea cărnii - decomutatorul P2. Reglarea lină a vitezei motorului M1 se efectuiază cu ajutorulcontrolerului l cu un semnal analogic la ieşire 0-20 mA. Comutatorul P3 are cascop acţionarea releului supapei de vid, iar P4 – acţionarea pompei de vid M2.

Comanda şi programarea instalaţiei se efectuează cu ajutorul panoului decomandă al microcontrolerului (fig. 9.8). Pe panou sunt plasate un şir deindicatoare numerice, de clape funcţionale şi de componenţă a utilajului, care suntînzestrate cu diode de semnalizare. În memoria constantă a controlerului pot fiînscrise până la 50 de programe tehnologice.Fiecare program este alcătuit din 6 cicluri,fiecare dintre care fiind împăr ţit în două faze. La programarea ciclului sunt setaţi următorii parametri :

- durata totală a ciclului;- durata fazei I şi II (maxim 99 min);- valoarea presiunii vidului;- valoarea temperaturii fazei I şi II;- viteza de rotaţie a tamburului; Fig. 9,8 Panoul de comandă MIKSTER




- componenţa elementelor de execuţie;În afar ă de prescrierea, comanda şi reglarea automată a acestor parametri

panoul de comandă şi programare mai asigur ă următoarele funcţii:- AUTOSTART – startul automat al programului la o or ă prestabilită;- reglarea manuală a parametrilor procesului tehnologic;

- vizualizarea pe display a oricărui parametru prescris sau măsurat;- diagnosticarea elementelor componente principale.

O construcţie şi ofuncţionare similar ă o aumodificaţiile masajoarelor firmei elveţiene SUHNER,care pot avea un volum altamburului de la 400 l (200

kg) până la 12000 l (6000kg) într-un singur ciclu, iar controlerul lor conţine 80de programe tipice. Pentruîncărcarea axială a lor afost elaborat un cărucior special (fig. 9.9 ).

Fig. 9.9. Masajorul de carne al firmei elveţiene SUHNER

Calculul puterii motorului de acţionare al masajorului este dificil, deoarecedepinde de mai mulţi factori, de aceea au fost propuse niste relatii de calculsimplificate‚ parametrii cărora sunt determinaţi experimental. Una din aceste relaţiieste utilizată mai jos, care permite determinarea fortei rezultante de rezistenţă aamestecului, valabilă pentru o viteză periferică liniar ă a paletelor de amestecare

smV /5.03.0 :

Aav f F )( 0 [N]

unde: 2

0 /6000400 m N f for ţa de rezistenţă specifică iniţială, stabilită

experimental; a = 4600-4800 - coeficientul constant, determinat de asemenea,experimental; A-aria suprafeţei paletelor de amestecare, [m2 ].

Puterea necesar ă motorului de acţionare a tamburului masajorului

P1 = k r F v / 1000 η tm , kW

30n

R

,

undev, ω , – viteza liniar ă şi unghiular ă a tamburului; n – turaţia tamburului,

rot/min; k r = 1.1 – 1,2 – coeficient de rezervă; ηtm – randamentul transmisieimecanice; R – raza tamburului, m.




9.3.3. Ma şini de tocare şi mărun ţire fin ă a cărnii

9.3.3.1 Ma şini de tocat carneTăierea grosier ă a cărnii şi a organelor în stare proaspătă, refrigerată, blanşată,

precum şi a materiilor prime grase, destinate fabricării preparatelor din carne sau

pentru topire, se realizează cu ajutorul maşinilor detocat. În figura 9.10 . este reprezentată schemaconstructivă generală a unei maşini de tocat. Materiile prime sunt introduse în coşul de alimentare 1. Cuajutorul melcului (şnecului) dozator 2 dispus la bazacoşului de alimentare, materia primă este îndreptatăspre melcul de comprimare 3. Acesta din urmă asigur ăîmpreună cu aparatul de tocare 4, mărunţirea grosier ă acărnii. Întregul ansamblu este antrenat de motorul

electric 5, prin cuplajul 6 şi printr-o transmisiemecanică cu roţi dinţate, montată pe carcasa 7.Coeficientul de reducţie se alege astfel, încât melcul decomprimare să aibă o turaţie de 250-350 rot/min latocarea cărnii crude şi 120-180 rot/min - la tocareacărnii blanşate sau fierte, iar melcul de dizare – 15-20 rot/min. Fig. 9.10

Maşinile de tocat de mare capacitate sunt prevăzute cu multiple cuple de tăiere,mărunţirea cărnii fâcându-se progresiv. Un astfel de ansamblu este ar ătat în figura9.11 , în care melcul de dozare l este coaxial cu cel de comprimare 2.Mărunţirea

preliminar ă se efectuează cu ajutorul cuţitului 4 şi sitei 3, iar mărunţirea finală - prin intermediul cuţitului 5 şi al sitei 6. Întregul ansamblu se montează cu ajutorulinelului de strângere 7 şi al piuliţei profilate 8. Sitele şi inelul de strângere suntfixate pe carcasă cu ajutorul unor degajări periferice, care nu le permite rotirea odatăcu melcul şi cuţitele stelate.

.Fig. 9.11. Mecanisme de tocare ale masinilor de mare capacitate

În prezent se produc multe modificaţii de maşini de tocat carne congelată sau proaspătă cu o productivitate de la 100 kg/h până la 8000 kg/h, asigurată de motoarede la 1 kW până la 80 kW. Ele au câte 3-5 seturi de cuţite – site de tăiere cu

diametru de la 80 mm până la 250 mm. Toate maşinile sunt automatizate cucontrolere programabile, care permit alegerea mai multor programe tehnologicetipice.

Fig.9.10 Schema generală aunei

maşini de tocat carne




Unele din cele mai simple maşini industriale de tocat şi de cea mai mică productivitate sunt maşinile firmei FOODLOGISTIC, una dintre care este ar ătată înfigura 9.12, a. Această maşină poate asigura nu numai o tocare simplă, ci şi o tăierea cărnii în diferite forme : cubică, dreptunghiular ă, cilindrică şi altele (fig. 9.12, b ).

b)

Fig. 9.12. Maşină simplă de tocat a firmei FOODLOGISTIC (a) şi diferite forme posibile de tăiere a cărnii (b)În figura 9.13 sunt prezentate 3 maşini germane de tocat carne de

productivitate medie – 2200 kg/h. Maşina firmei KARL SHNELL KS VG-250 (fig.9.13, a) este înzestrată cu motoare, alimentate de la convertizoare de frecvenţă, iar maşinile firmei MADO (fig. 9.13, b,c) – cu motoare asincrone cu 2 viteze.

a) b)Fig. 9.13. Maşini germane automatizate de tocat carne ale firmelor Karl SchnellKS VG - 250 (a), MADO ULTRA MEW- 623 (b) şi MADO ULTRA MEW-629(c)

Prima şi a treia maşină sunt echipate adăugător cu câte un mecanism hidraulic deîncărcare a cărnii. Carcasele lor din oţel inoxidabil sunt închise din toate păr ţile, iar schema electrică asigur ă toate protecţiile necesare.

Motoarele maşinilor de tocat carne trebuie să învingă mai multe for ţe derezistenţă , care au o natur ă diferită. Una din componentele principale o constituiefor ţa de rezistenţă a procesului propriu-zis de tăiere şi mărunţire a cărnii. Puterea




necesar ă pentru a învinge această for ţă poate fi calculată cu ajutorul unor dateexperimentale

11 33600 10

l S G P

, kW

unde: G - productivitatea necesar ă, kg/h; l= 17*10000 J/m - comsumul specific

de energie la tăierea 1 2

m de suprafaţă a cărnii; S=0.6 kg m /2

suprafaţa de carneobţinută la marunţirea 1kg de carne;O altă componentă principală a puterii este cea, necesar ă pentru

comprimarea cărnii cu ajutorul melcului principal de tocare, care se calculeazăconform relaţiei:

02 3

(1 )3600 10 P G

P

, kW,

unde: 0 P - presiunea necesar ă pentru comprimarea cărnii MPa; G - capacitateanominală de lucru kg/h; 3.01.0 -coeficientul pierderilor de energie înrezultatul frecărilor în cilindrul interior de lucru al şnecului; 3800 /kg m - masaspecifică a cărnii;

Puterea pentru învingerea for ţelor de frecare dintre cuţit şi discul cu orificii

3 3 ( )10

C C c

P b k z w P D d

, kW,

unde - coeficientul de frecare dintre cuţit şi disc, C P - presiunea exercitată decuţit pe discul cu оrificii, N/m 2 ; b - lungimea de contact a păr ţii tăietoare acuţitului cu discul, m; k - numărul de tăişuri pe cuţit; z - numărul de ansamblurităietoare ale mecanismului de tăiere; Dc - diametrul exterior al cuţitului, m; dc -diametrul butucului cuţitului,m.

=30

N n , [rad/s] –viteza unghiular ă a cuţitului;

O ultimă componentă a puterii este cea necesar ă pentru antrenarea melculuide dozare:

04 536 10

k Q L g P

, kW

Puterea sumar ă a maşinii de tocat

1 2 3 4r

P P P P P k

,unde: 2.1r k - coeficientul de rezervă; 9.0 randamentul transmisiei mecanice

9.3.3.3. Cutere

Cuterele sunt maşini destinate mărunţirii fine a cărnii, sau a amestecului decarne cu diverse ingrediente, pentru obţinerea tocăturii (far şului) sau a compoziţieidiferitelor preparate din carne. Prin dozarea programată a componentelor, cuterelerealizează, pe lângă mărunţire, şi o amestecare a acestora. Principiul de funcţionare

al diverselor cutere esle acelaşi, deosebirile constând în modul de descărcare acuvei, unele lucrând sub vid sau fiind prevăzute cu manta de încălzire sau r ăcire.Volumul cuvelor de încărcare a lor poate fi de 80, 120, 200, 300 şi 500 litri.




În figura 9.14 este prezentată construcţia generală a cuterului clasic. Acesta secompune dintr-un ansamblu de cuţite înformă de secer ă 3, montate pe arboreleorizontal 2. Turaţia cuţitelor variază între1400 şi 2500 rotaţii pe minut. Ansamblul

cuţilelor esle acoperit cu capacul de protecţie5, fixat în balamale. Pasta care ader ă pecuţite este înlăturată la fiecare rotaţie decătre pieptenele 4. Antrenarea cuvei se facede la arborele vertical 7. Pentru a asiguraalimentarea continuă şi uniformă a cuţitelor cu pasta supusă mărunţirii, pe capacul 5 alcuterului se montează cana 6. Funcţie deconstrucţie, destinaţie, capacitate de lucru

sau grad de automatizare, turaţia cuvei poatevaria între 10 şi 20 rol/min. Numărulcuţitelor şi modul lor de dispunere este

influenţat de fineţea pastei. Astfel, pentru obţinerea prospăturilor se folosesc 6cuţite, iar pentru obţinerea salamurilor - 9 cuţite.

După numărul surselor energelice, cuterele pot fi echipate cu 1-3 motoareelectrice (fig. 9.15). În figura 9.15, a motorul electric l antrenează cuţitele 8 printransmisia cu curele 5, iar cuva 10 - prin transmisia cu curele 6, reductorul melcat şi arborele 11. Aceleaşi mişcări, însă prin folosirea a două motoare electrice, se potrealiza în varianta prezentală în figura 9.15, b . Mişcarea de rolaţie a cuţitelor 8 seobţine de la molorul electric l prin transmisia cu curele 5, iar a cuvei 10 - de lamotorul 2 prin transmisia cu curele 6, reductorul melcat 4 şi arborele vertical 11.Cuterele de mare capacitate sunt dotate şi cu un al treilea motor electric 3 (fig.9.15, c ), care antrenează discul 9 prin angrenajul melcat 7, cu rolul de a cur ăţamarginea cuvei sau pentru descărcarea ei.

Fig. 9.15. Scheme cinematice ale cuterelor principale

Fi . 9.14. Constructia cuterului.




O variantă utilizată a cuterelor de capacitate medie şi mare este cea, capabilă săofere tratamente termice în timpul operaţiei de mărunţire Aceste tratamente se facfie la temperaturi ridicate în cazul fierberii, cu ajutorul aburului sau a apei calde,fie la temperaturi joase, utilizând apa rece. Cuterele au, de regulă, o funcţionarediscretă, care include un interval de tăiere şi unul de pauză pentru încărcare –

descărcare, şi o acţionare asincronă cu 2 vireze discrete sau reglabilă cuconvertizoare de frecvenţă.În figura 9.16 este ar ătat unul din nomenclatura cuterelor GARANT sau

SUPRA ale firmei germaneMADO cu 6 cuţite, un volumal cuvei de la 13 l până la 220l şi cu o putere a motoruluiarborelui cu cuţite de la 2,8 kW până la 75 kW. Faţă de

variantele cu 2 vitezeconstante, modificaţiile cureglare lină a vitezei arborelui principal în diapazonul 500 – 5000 rot/min asigur ă omărunţire practic ideală. Cuvaare o construcţie conică optimăşi un diapazon de reglare avitezei mai mic – 8-24 rot/min, precum şi unmecanism de descărcare a ei. Fig. 9.16. Cuterul firmei germane MADOAceste cutere sunt înzestrate cu un sistem integrat se ventilare şi cu un controler programabil de automatizare, care reglează nu numai viteza motoarelor, cicontrolează temperatura produsului şi toate regimurile normale şi de avarie. Înmemoria constantă acontrolerului sunt înscrise 20-25de programe tehnologice tipice.

În figura 9.17 estereprezentată o instalaţieuniversală KS FD/9 a firmeiKARL SCHNELL de prelucrare a produselor din carne,care poate efectua toate operaţiile pregătitoare necesare: tocareagrosier ă preliminar ă, mărunţireafină, amestecarea tuturor componentelor, stropirea cudiferite lichide, fierberea saur ăcirea produselor. Toate aceste

operaţii sunt completautomatizate cu ajutorul unuicontroler programabil. Fig. 9.17. Instalaţia universală de mărunţire KS FD-9




Dintre datele tehnice principale ale acestor instalaţii pot fi menţionate: capacitatea camerei de tăiere – 380-1100 l cu o productivitate 3-5 t/h; Puterea motorului de tocare – 44-106 kW, iar a cuterului - 95 kW; Viteza motorului de tocare - 2960 rot/min; Puterea motoarelor şnecurilor de dozare şi de amestecare – 5,5 kW; Viteza motoarelor şnecurilor - – 26,5 şi 13,5 rot/min;

Calculul puterii motorului de antrenare a cuterului poate fi f ăcut, deasemenea, după consumul specific, determinat experimental. Acest consumconstituie l= (2,0-2,4) 103 J/m2 la mărunţirea 1 m2 de carne de un singur cuţit (z =1) şi la o rotaţie a acestuia (n=1), pentru o anumită suprafaţă a secţiiunii stratului decarne ( Sc = 0,1 m2 );

310 60C N r

TM MT

l S z n k P

9.3.4 Malaxoare de toc ătur ăTocătura necesar ă pentru umplerea salamurilor se obţine prin amestecarea

cărnii tocate cu diferite ingrediente în maşini,care se numesc malaxoare sau mixere. Eleconţin nişte şnecuri paralele sau nişte arbori cu palete de un anumit pas şi de o anumităconfiguraţie, rotirea cărora asigur ă amestecareanecesar ă a componentelor. În funcţie de starealor, această rotire trebuie să fie prevăzută cucâteva viteze (cel puţin cu 2 viteze diferite).

În figura 9.18 este reprezentat unul dinmalaxoarele industriale de această construcţieale firmei KARL SCHNELL cu camere deamestecare de la 430 l până la 6100 l.Modificaţiile constructive ale şnecurilor demalaxare sunt ar ătate în figura 9.19 .

Fig. 9.18. Malaxorul de tocătur ă KS Fig. 9.19 Modificaţiile malaxoarelor




În afar ă de amestecarea cu 2 vireze, aceste malaxoare asigur ă, de asemenea, şialte funcţii: dozarea automatizată a apei, încălzirea sau r ăcirea produselor printr-omanta dublă a carcasei, cântărirea şi por ţionarea lor, extragerea aerului şistabilizarea vidului, încărcarea şi descărcarea automatizată a produselor cu ajutorulunui sistem pneumatic. Panoul de comandă cu controler programabil şi cu display

este separat de carcasa principală.9.3.5 Ma şini de şpri ţuire a membranelor de salam

9.3.5.1. No ţiuni generale

Procesul de umplere a membranelor salamurilor se realizează prin creareaunei presiuni asupra tocăturii, sub efectul căreea compoziţia este împinsă prin ţeavamaşinii de umplut în interiorul membranei. Curgerea pastei se produce numai ladepăşirea rezistenţei minime a canalului de ş priţuire şi când presiunea de umplereatinge o anumită valoare. Aceste valori depind de tipul produsului final, cele maiuzuale valori fiind: pentru creme - 400÷500 kPa (4-5 atm.); pentru parizer – 500÷800 kPa; pentru salamuri de tip afumat - 1000 ÷1300 kPa, iar pentru alte sorturde salam această presiune poate atinge valori de 1700 ÷1800 kPa.

Maşinile de umplut membrane se pot clasifica după o serie de criterii, deexemplu:

- dup ă modul de lucru : cu acţiune periodică şi cu acţiune continuă;- dup ă principiul fizic de umplere : cilindru cu piston, şnec sau cu palete;- dup ă sensul fluxului de lucru : verticale şi orizontale.Cerin ţele principale catre maşinile de umplut sunt următoarele:- compoziţia să fie omogenă, lipsită de bule de aer;

- viteza de curgere trebuie să poată fi reglată funcţie de produsul finalrealizat;

- maşinile trebuie să fie dotate cu echipamente auxiliare pentru mărireacapacităţii de lucru şi pentru automatizare;

Maşinile de umplut cu acţiune periodică sunt alcătuite dintr-un cilindru închisermetic cu un capac, în care se deplasează un piston sau un şnec (melc) cu rolulcreării presiunii necesare de umplere a membranelor. Umplerea propriu-zisă are

loc printr-o ţeavă - suport a membranei, întreg ansamblul fiind antrenat de unsistem de acţionare electrică reglabilă. Cele mai multe modele sunt dotate cusisteme de vacuumare a pastei, pentru a nu permite aerului din compoziţie să pătrundă în interiorul membranei.

Din punct de vedere constructiv s-au impus 2 tipuri ma şini de umplut:cu şnec şi cu rotor cu palete . Maşinile cu şnec efectuează operaţia tehnologică deumplere a membranei prin preluarea compoziţiei din pâlnia de alimentare cuajutorul a două şnecuri, care au sensuri de rotaţ ie diferite şi efectuează atâttransportul, cât şi presarea acesteea prin ţeava de umplere. Turaţia şnecurilor estecuprinsă, de regulă, între 100 şi 400 rot/min. Modificarea turaţiilor se facea înmaşinile vechi prin intermediul variatoarelor mecanice cu cuplaj de fricţiune prin




discuri, iar în maşinile noi – cu reglare frecvenţială a motorului asincron deacţionare electrică.

În figura 9.20 este prezentată construcţia generală a unei maşini melcate deumplut de capacitate redusă, în care compoziţia este introdusă direct în pâlnia dealimentare l, de unde este preluată de cele două şnecuri 2. Braţele 3 servesc pentru

rigidizarea ansamblului. Ţeava de umplere 5 se fixează la capătul camerei decomprimare prin intermediul piuliţei speciale 4. Capătul posterior al camerei decomprimare este racordat prin robinetul 6 la un sistem de vacuum, nivelul căruiafiind măsurat de vacuumetrul 7. În secţiunea A-A se observă, că în interiorulracordului se montează filtrul 9, închis de capacele filetate 8 şi 10.

Fig. 9.20. Construcţia generală a maşinilor de umplut cu şnec de comprimare

Determinarea puterii consumate de motorul electric de actionare in cel maisimplu caz, poate fi efectuată în funcţie de capacitatea de lucru şi de presiuneanecesara pentru umplerea membranelor. În cazul maşinilor cu şnec de umplere şi cufuncţionare continuă această putere se calculează:

MU TM

r MU k G P P

3max

103600 ,

unde: MU P - (1,0-1,5) MPa-presiunea din camera de comprimare, care este mai maredecât presiunea din ţeava de evacuare şi de umplere a membranelor, deoarece




diametrul acestei ţevi este mult mai mic decit diametrul camerei de lucru alşnecului; maxG - capacitatea maximă de lucru, kg/h; TM = 0.9 - randamentulmecanismului de transmisie; 7.05,0 MU randamentul mecanismului deumplere; 5.13.1r k coeficientul de rezerva;ρ=800 kg/m 3-densitatea tocăturii;

9.3.5.2. Ma şina belorus ă de şpri ţuit COMPO-MINI-1500

Maşina este destinată pentru umplerea descretă şi în vid a învelişurilor diferitor sorturi de salamuri: fierte, afumate, semiafumate, de măruntaie, cu plazmă de sânge, precum şi a crenvuştelor sau cârnăciorilor cu amestec de materii prime, pateu sau r ăcitur ă, temperatura cărora nu este mai joasă de 3°C. Ea areurmătoarele date tehnice principale:

- productivitatea maximă ......................................... 1500 kg/h;- puterea motorului acţionării principale .................. 5,5 kW;- puterea motorului pompei de vacuum .................... 0,75 kW;- diapazonul de reglare a productivităţii ................... 4÷100 %;- dimensiunile de gabarit ........................................... 1180×990×1670 mm;- masa ........................................................................ 490 kg.

Proiecţiile constructive generale ale maşinii sunt prezentate în figura 9.21 .Transmisia mecanică dintre motorul de acţionare şi şnecuri este realizată printr-ocurea şi 2 roţi dinţate identice ale reductorului cilindric cu o singur ă treaptă şi cuun coeficient unitar de transmisie. Viteza de rotaţie a şnecurilor poate fi reglată linîn diapazonul 4-100 % cu ajutorul convertizorului de frecvenţă cu tranzistoare de

tipul M3FU-50S, care asigur ă o variaţie propor ţională a frecvenţei şi tensiuniimotorului. Această viteză se alege în funcţie de sortimentul salamurilor, carenecesită presiuni diferite la umplerea învelişurilor.

Fig. 9.21. Proiecţii constructive ale maşinii de ş priţuit COMPO MINI-1500




Schemă electrică de principiu (fig, 9.22 ) include sistemul de acţionare electricăreglebilă a motorului principal de ş priţuire M1 cu convertizorul de frecventăM3FU , sistemul de acţionare a pompei de vid M2, şi sistemul de acţionareelectrică nereglabilă a motorului exterior de por ţionare M3. Comanda acestor acţionări se efectuează prin contactoarele KM1-KM3, iar protecţia lor –prin

întrerupătoarele automate FQ1-FQ3. Toate aceste acţionări sunt automatizate decătre microcontrolerul de comandă şi reglare al convertizorului de frecvenţă , careconţine un panou comun de comandă şi programare (fig. 9.23 ).

Fig. 9.22. Schema de for ţă a ş priţului Fig. 9.23. Panoul de comandă alal ş priţului şi convertizorului

Microcontrolerul de comandă al convertizorului asigur ă următoarele regimuri:1) Regimul manual , în care pornirea acţionării principale are loc la apăsarea

butonului „START” de picior, iar oprirea la eliberarea acestui buton în momentulfinalizării procesului de umplere a învelişului.2) Regimul semiautomat, în care pornirea se efectuează manual în mod analogic,iar oprirea este automatizată după livrarea unei por ţii dozate de umplutur ă.3) Regimul automat, care reprezintă un regim semiautomat periodic cu otemporizare necesar ă după fiecare por ţie.4) Regimul cu por ţionare automat ă exterioar ă , realizată printr-un sistemadăugător de automatizare cu controler programabil central.

Alegerea regimurilor de funcţionare, prescrierea şi vizualizarea parametrilor tehnologici şi ai convertizorului de frecvenţă se efectuează cu ajutorul panouluicomun de comandă şi programare, utilizând aceleaşi butoane cu semnificaţie dublă.Acest panou include doar 13 butoane cu pictograme şi cu diode luminiscentesemnalizatoare, precum şi un indicator digital de vizualizare a parametrilor (fig.9.23).

Maşina belorusă COMPO–MINI 1500 este una din cele mai simple şi maiieftine maşini de ş priţuit salam.




9.3.5.3 Ma şini germane de şpri ţuit

Maşinile de ş priţuit SE ale firmei germane KARL SCHNELL (KS) au oconstrucţie şi o funcţionare asemănătoare (fig. 9.24 ), însă modificaţiile lor au o productivitate mult mai mare - 5000 - 12000 kg/h şi 60 – 300 por ţii / minut.

Evident, că şi putereamotoarelor de acţionare aşnecurilor este mai mare – 7-12kW, iar viteza lor se regleazăîntr-un diapazon larg.

Dozarea por ţiilor detocătur ă se efectuează cu oexactitate înaltă iar sistemul devacuum absoarbe tot aerul din

umplutur ă. Un alt avantaj alacestor ş priţuri îl constituiegradul înalt de automatizare şi posibilitatea de funcţionarecoordonată cu multe maşinidin aceeaşi linie tehnologică.

Fig. 9.24. Maşina germană de ş priţuit SE KS

Cuplarea şi funcţionareasincronă a ş priţului SE cumaşina de fasonare, numitădiafragmă, este reprezentată înfigura 9.25 . Diafragma asigur ăfasonarea unor forme diferiteale por ţiilor de tocătur ă;rotunde, cubice, cilindrice,elipsoidale şi altele. Alegereaformei şi a vitezei de fasonarese efectuează cu ajutorul panoului de comandăelectronică şi al controlerului programabil. Modulul acestaconţine un servomotor de 1,1kW şi un dozator al său propriu. Produsele por ţionateşi fasonate se livrează pe unconveier al liniei tehnologice.

Fig. 9.25. Cuplarea modulului de fasonare la ş priţ




9.3.6 Ma şini de clipsare a batoanelor de salam

Dintre aceste maşini fac parte: maşinile de r ăsucire şi legare a batoanelor desalam, de fasonare şi de clipsare a por ţiilor şi altele. Una din cele mai dificileoperaţii tehnologice de producere a salamurilor este cea de legare a batoanelor ş priţuite. Pentru efectuarea automatizată a acestei operaţii au fost elaborate maimulte maşini. În particular, pentru legarea clasică cu sfoar ă a batoanelor de salamfirma spaniolă A. LORENZO BAROSSO propune o maşină simplă cu acţionare pneumatică NUDO-75 (fig. 9.26 ).Ea poate lega cu sfoar ă batoanelela ambele capete, fie la o derularecontinuă a învelişului de salam, fiela o ş priţuire discretă a lor, avândun cuţit automatizat de tăiere a

capetelor respective. Timpul selegare a unui baton constituie 2secunde. Presiunea necesar ă aaerului comprimat constituie 5 bar,iar consumul de aer – 6 l / ciclu.

Fig. 9.26. Maşina spaniolă NUDO-75 de legarecu sfoar ă a batoanelor de salam

Însă în timpul de faţă tot mai multe întreprinderi de producere a salamurilor utilizează un nou tip de maşini automatizate de legare şi ermetizare, numiteclipsatoare, care măresc productivitatea liniilor tehnologice. În afar ă de operaţia delegare, aceste maşini mai îndeplinesc şi alte funcţii, de exemplu comprimareauniformă a umpluturii şi capsularea ermetică a batoanelor, ceea ce măreştesubstanţial termenul de păstrare al lor. Pentru aceasta ele folosesc nişte clipsespeciale din aluminiu. Un alt avantaj al acestor maşini constă în atribuirea unuiaspect exterior frumos şi atr ăgător, care ridică calitatea produselor fabricate(evident, că această calitate depinde nu numai de ambalajul exterior plăcut, ci şi deconţinutul interior)

Cele mai solicitate clipsatoare sunt cele spaniole, finlandeze şi beloruse. Înfigura 9.27 este reprezentat un clipsator automatizat HELVAC al firmei spaniole A.LORENZO BARROSO, care asigur ă o capsulare a unui baton în timp de 1,5 s.Mecanismele principale ale acestei maşini au o acţionare pneumatică cu aer comprimat de 6 bar.

În figura 9.28 este ar ătat clipsatorul КОРУНД КЛИП 2 , produs în Belorusia.Acest clipsator prinde concomitent clipsele la ambele capete ale batoanelor desalam, având o acţionare, de asemenea, pneumatică a mecanismelor sale. Însă productivitatea lui este mai mică – timpul unui ciclu de capsulare constituie 3secunde. În schimb, are dimensiuni mult mai mici - 500x320x850 mm şi o greutate

relativ mică -38 kg. În plus, el mai prevede o reglare a diametrului batoanelor desalam de la 30 mm până la 80 mm.






fixarea lui în poziţia deschisă de sus şi apăsarea necesar ă pentru o închidereermetică. În interiorul rezervorului de fierbere sunt prevăzute 2 traverse pentruatârnarea batoanelor de salam.

Fig. 9.29. Construcţia cazanului KW – 500 de fierbere cu gaz a salamurilor

Reglarea şi stabilizarea temperaturii uleiului de încălzire este asigurată cuajutorul traductorului de temperatur ă (11), fixat de cămaşa, şi cu regulatorulcorespunzător de temperatur ă al controlerului, care acţionează asupra arzătorului degaz. În mod analogic sunt prevăzute şi utilizate alte două regulatoare şi traductoarede temperatur ă a apei de fierbere (10) şi a batoanelor de salam (18). Toatetraductoarele de temperatur ă au o ieşire analogică tipică în curent de 0-20 mA, iar microcontrolerul programabil conţine trei într ări corespunzătoare, precum şi 5 ieşiridiscrete REL1 –REL5 (fig. 9.30). Primele 3 iesiri pot fi utilizate pentru reglarea şistabilizarea temperaturii corespunzatoare traductoarelor, iar ultimele 2 iesiri- pentru semnalizarea regimurilor de avarie şi de încheiere a cicluluitehnologic.Pentru comanda arzatorului cu gaz este utilizat un releu intermadiar P1cu o bobina la o tensiune~220 V. Arzătorul are sistemul său propriu de comandă,reglare, protecţie şi semnalizare.

Controlerul INDU-50 asigur ă următoarele regimuri de funcţionare alecazanului, care pot fi instalate cu ajutorul butoanelor panoului de comandă :- START-STOP ,- EDIT – setarea parametrilor de prescriere;- INFO – obţinerea oricărei informaţii de regim sau parametru tehnologic;- AUTOSTART – programarea regimului START la o anumită or ă, minut sau zi.




Fig. 9.30. Schema electrică a cazanului KW -500 de fierbere a salamurilor

În figura 9.31 este prezentat un cazan mai performant de fierbere al firmeigermane BASTRA. Această firmă a elaborat mai multe modificaţii ale cazanelor sale – practic pentru toate variantele surselor de energie: electrică, cu gaz,motorină, abur de presiune joasă (0,5 bar) şi de presiune înaltă (6 bar). Evident, că pentru reglarea şi stabilizarea automată a temperaturii fiecare modificaţie aresistemul său de automatizare, realizat cu un controler programabil logic cudiferite programe. Panoul de comandă al acestui controler MC 80, este ar ătat înfigura 9.32 . Datorită amplasării optime a încălzitorului şi suprafeţei maxime decontact, alegerii unor arzătoare cu randament maxim şi unei izolări termiceabsolute, aceste cazane asigur ă o încălzire rapidă. Modificaţiile lor au o camera defierbere cu un volum de la 200 l până la 600 litri, care necesită o putere electricăde încălzire de la 13 kW până la 37 kW sau o putere termică în limitele 18-56 kW.

Fig. 9.31. Cazanul firmei BASTRA Fig. 9.32. Panoul cazanului BASTRA




9.3.8 Termocamere de afumare şi prelucrare termic ă a salamurilor

Prelucrarea termică specială a salamurilor încheie procesul tehnologic de producere a lor. Ţinând cont însă de sortimentul foarte variat al salamurilor,această prelucrare trebuie să asigure o varietate corespunzătoare de procese

tehnologice termice. Pentru realizarea lor au fost elaborate câteva variante determocamere universale sau specializate, care pot avea mai multe surse de energie- electrică, chimică (motorină sau păcur ă) şi termică (cu gaz sau abur), precum şidiferite principii de funcţionare. Salamurile afumate impun, de asemenea, încomponenţa acestor camere un generator de fum, care în cel mai simplu caz poatefi obţinut prin arderea incompletă a rumeguşului ud de lemn.

O termocamer ă universală trebuie să asigure următoarele procese tehnologice:1) maturarea – menţinerea un anumit timp la o anumită temperatur ă şi umiditateîn scopul restabilirii structurii interioare ( cu toate ventilele închise);

2) înc ălzirea prealabil ă în scopul decurgerii optime a proceselor următoare;3) uscarea – încălzirea, însoţită de o îndepărtare intensivă a umezelii şi de ocirculaţie intensivă a aerului la o deschidere completă a tuturor ventilelor;4) afumarea – îmbibarea salamurilor cu fum şi cu alte substanţe gazoase prinînchiderea aerului proaspăt şi deschiderea ventilelor de fum şi de evacuare;5) afumarea fierbinte , care se deosebeşte de afumarea simplă printr-o prelucraretermică a salamurilot cu abur, obnţinut prin pulverizuarea apei fierbinţi;6) afumarea la rece , care se deosebeşte de afumarea simplă doar prindeconectarea sistemului de încălzire;7) fierberea sau op ărirea , care se deosebeşte de procesul de afumare-fierbere

doar prin închiderea ventilului de fum;8) coacerea sau pr ă jirea cu o deschidere par ţială a ventilului de evacuare.

9.3.8.1 Termocamera universal ă cu înc ălzire electric ă KWP-2 DAKSTAR

Această termocamer ă şi generatorul ei de fum sunt ar ătate în figurile 9.33-9.34 .

Fig. 9.33 Termocamera DAKSTAR Fig. 9.34.Construcţia generatorului de fum




Pe acoperişul camerei sunt instalate următoarele elemente: 2 motoare cu douăviteze ale ventilatoarelor de aeresire; toate ventilele, înzestrate cu acţionare pneumatică; traductoarele de temperatur ă şi umiditate; armătura pneumatică,hidraulică şi electrică.

Generatorul de fum, montat în spatele camerei, este alcătuit din următoarele

elemente: cutia cu pilitura de lemn 10; termorezistenţa de încălzire a lemnului 9 de0,8 kW; plita camerei de ardere; zăvorul de introducere a piliturii; conducta de fum4; camera de ardere cu cutia de cenuşă , umplută pe jumătate cu apă; sistemul destingere automată a piliturii 1 în caz de aprindere, traductorul de temperatur ă şidispozitivul de injectare a apei; mecanismul pneumatic de introducere a aerului 7; perdeaua de apă în calea fumului 3.

În interiorul camerei sub plafon sunt montate roţile ventilatoarelor şi 2 x 9 = 18încălzitoare electrice de o putere unitar ă 3 kW şi totală 54 kW la o tensiune de 220V. Schema electrică a dulapului de comandă include modulele de comandă aleventilatoarelor, încălzitoarelor, ventilelor, precum şi contactele releelor de ieşire alecontrolerului MIKSTER MCC 100 (fig. 9.35 ).

Fig. 9.35 Schema electrică a termocamerei KWP-2 a firmei DAKSTAR




Controlerul programabil de comandă MIKSTER MCC realizează următoarelefuncţii;

- controlul şi reglarea temperaturii în interiorul camerei în limitele 0 –200 C;

- controlul şi reglarea vitezei de creştere a temperaturii în limitele 0–99 C / min;

- controlul temperaturii batoanelor de salam;

- controlul şi reglarea umidităţii aerului în diapazonul 0 – 99 %;

- controlul temperaturii fumului generatorului;

- comanda aparatului de comutaţie a electrotermelor şi electrovanelor;

- analiza şi semnalizarea regimurilor de avarie;

- vizualizarea partametrilor proceserlor tehnologice.

Pentru realizarea acestor funcţii controlerul este prevăzut cu 4 intr ări analogice pentru conectarea traductoarelor de temperatur ă, cu o intrare pentru conectareacalculatorului, şi una pentru tensiunea de alimentare 220 V, precum şi cu 12 ieşiri detip releu cu un curent până la 4 A. Acest controler permite alegerea a 50 de programe tehnologice tipice ale utilizatorului, înscrise de producător în memoriaconstantă.

Fiecare program este alcătuit din 10 sau 20 de cicluri cu posibilitatea de programare a fiecărui din ele, de exemplu: 0 – încălzire prealabilă; 1 – uscare; 2 – afumare; 3 – aerisire etc. Controlerul permite, de asemenea, realizarea funcţieiAUTOSTART – începerea procesului de prelucrare termică la o anumită or ă.

9.3.8.2 Termocamere germane de prelucrare termic ă a salamurilor

Termocamerele germane sunt produse, de obicei, de aceleaşi firme şi companii,care produc şi alt utilaj tehnologic de prelucrare a produselor alimentare. Cea maiînaltă calitate a utilajelor a fost obţinută de 2 companii germane – BASTRA şiMAUTING. Ele produc o gamă largă de termocamere complet automatizate cudiferite destinaţii, productivităţi, surse de energie şi principii de funcţionare, careasigur ă toate procesele şi operaţiile tehnologice3, menţionate mai sus. Dupădestinaţie aceste camere pot fi împăr ţite în 3-4 grupe: camere de prelucrare termicăvariată, de r ăcire intensivă, de afumare şi speciale sau universale. Aburul necesar pentru prelucrare se obţine prin vaporizarea apei stropite peste elementele deîncălzire. R ăcirea salamurilor se face cu apă rece până la temperatura de 30°C, saucu aer din atmosfer ă, dacă temperatura mediului permite aceasta. După r ăciresalamurile pot fi ambalate şi livrate consumatorilor. Încărcarea sau descărcarea lor se efectuează cu ajutorul containerelor, elaborate special după dimensiunilecamerelor şi confecţionate din oţel inoxidabil pentru a rezista la regimurilecorespunzătoare.






Fig. 9.38. Secţii ale termocamerelor companiei BASTRA

Dintre particularităţile principale ale acestor camere pot fi menţionate următoarele

- automatizarea complexă a tuturor regimurilor şi operaţiilor tehnologice;- reglarea uniformă şi cu o precizie înaltă a temperaturii în tot volumul camerei;

- reglarea umidităţii şi a debitului de aer proaspăt în mai multe trepte;

- 2 variante de amplasare a generatorului de fum: separată şi pe uşa unui dulap;

- 3 variante de circulaţie a fumului şi a aerului prin conducte speciale cu supape;

- o izolaţie termică perfectă, realizată cu materiale speciale şi cu uşi duble.

Variantele alternative de instalare a generatorului de fum – alături de dulap (a) şi pe uşa lui (b), – precum şi de circulaţie închisă (c) a amestecului de fum şi aer, suntilustrate cu ajutorul figurilor 9.39 .

Fig. 9.39. Variante de instalare a generatorului şi de circulaţie a fumului



10. PROCESE Ş I UTILAJE TEHNOLOGICEDIN INDUSTRIA STICLEI

Una dintre cele mai importante ramuri din industria sticlei este fabricareaambalajelor din sticl ă : buteliilor, borcanelor, paharelor şi altor vase. În multeramuri industriale — vinifica ţ ie, industria chimică , alimentar ă , precum şi în gospod ăria casnică , aceste ambalaje nu pot fi înlocuite cu buteliile din masă plastică sau din alte materiale chimice artificiale. Utilizarea multipl ă a acestoradin urmă este dificil ă , iar aruncarea lor la gunoi contribuie substan ţ ial la poluarea mediului ambiant.

10.1. Materii prime pentru fabricarea sticlei

Obiectele din sticlă de destinaţie diferită trebuie să posede şi proprietăţi

diferite. De exemplu, sticla pentru geamuri trebuie să fie transparentă, să aibă orezistenţă mecanică bună, un preţ de cost redus, iar ambalajele trebuie să aibă ostabilitate, rezistenţă şi conductibilitate termică înaltă.

Cele mai importante proprietăţi ale sticlei sunt [47]:1. Proprietăţ ile de deformare la acţiunea unor for ţe exterioare: elasticitatea,

viscozitatea (curgerea, fluiditatea în stare topită), fragilitatea.2. Proprietăţ ile superficiale — proprietăţile ce depind direct de structura

suprafeţei sticlei: tensiunea superficială.3. Proprietăţ ile fizico-mecanice: densitatea, rezistenţa mecanică, duritatea.4. Proprietăţ ile termice: căldura specifică, conductibilitatea, dilatarea şi

stabilitatea termică. Toate proprietăţile termice ale sticlei sînt importante pentru producerea ei, când este încălzită, topită şi r ăcită, trecând printr-un domeniu foartelarg de temperaturi.

5. Proprietăţ ile chimice: rezistenţa chimică a sticlei în contact cu diferitesubstanţe chimice (acizi, baze, apă), care este foarte bună.

6. Proprietăţ ile electrice: conductivitatea superficială şi de volum, rezistenţadielectrică, str ă pungerea electrică. Sticla are proprietăţi electrice remarcabile, careo fac utilă în cele mai diferite domenii ale electrotehnicii şi electronicii.

7. Proprietăţ ile optice: reflexia şi refracţia luminii, transparenţa, absorbţiaradiaţiilor de mare energie. Sticlele au că pătat o mare importanţă ca materialeoptice datorită unor proprietăţi fizice şi tehnologice deosebite.

Pentru obţinerea diferitor proprietăţi ale sticlei în materiile prime de fabricarese introduc diferite substanţe, în primul rând diferiţi oxizi, de regulă, de originenaturală.Materiile prime utilizate la fabricarea sticlei sînt împăr ţite în două grupe: materiiprime principale şi materii prime auxiliare.

În prima grupă se încadrează oxizii principali, care contribuie cu o ponderemare la formarea sticlei de o anumită structur ă şi cu proprietăţi fundamentale binedeterminate. Din cea de-a doua grupă fac parte multe substanţe, care se folosesc încantităţi mici pentru a micşora temperatura de topire şi a îmbunătăţi unele proprietăţi.



10. I NDUSTRIA STICLEI 610

10.1.1 Materii prime principaleDin această grupă fac parte oxizii acizi, care formează scheletul structural al

sticlei, în particular [47]:Dioxidul de siliciu — Si02, foarte r ăspândit în natur ă în formă de nisip, are o

pondere de 55 75% , însă granulele lui trebuie să fie mai mici decât cele alenisipului de construcţii.

Anhidrida borică - B203, cu o pondere de 15 %, care poate fi obţinută dinacidul boric şi boraxul natural, fiind utilizată pentru ridicarea stabilităţii termice şichimice, temperaturii de topire şi de limpezire.

Pentaoxidul de fosfor - 2 5 P O , în cantităţi mult mai mici, r ăspândit în natur ă înacidul ortofosforic (H3P04) şi în unii fosfaţi. În unele sticle optice moderne însăP205 este principalul oxid formator din compoziţie.

Trioxidul de aluminiu - 2 3 Al O , cu pondere diferită în funcţie de tipul sticlei:de la 2—3 % până la 12 %.

Dintre oxizii bazici - modificatori de re ţ ea, de stabilitate chimică ş i rezisten ţămecanică - pe primul plan se află cei alcalini:

Oxidul de sodiu - 2a O, în propor ţie de 12-16%., este introdus în amesteculde materii prime mai ales sub formă de carbonat de sodiu anhidru, cunoscut subnumele de sodă calcinată .

Oxidul de caliu - 2 K O înlocuieşte par ţial sau total Na20, fiind utilizat în sticlecu proprietăţi optice deosebite.

Oxidul de calciu - CaO, poate depăşi o propor ţie de 14 %., de aceea este unul

din componenţii de bază ai sticlelor industriale produse în cantităţile cele mai mari.Oxidul de magneziu - gO, în propor ţie de 2 —3 %, iar în unele sticle(electrotehnice, optice) înlocuieşte par ţial sau total CaO.

Un loc aparte printre materiile prime principale îl ocupă cioburile de sticlă.Este evident, că reutilizarea lor prin reintroducerea în cuptorul de topire în vedereaobţinerii unor noi produse, conduce la realizarea unor importante economisiri, atâtîn ceea ce priveşte materiile prime, cât şi energia consumată (circa 20 %). Fiecaretonă de cioburi permite economisirea a peste o tonă de materii prime. Însă la noicolectarea cioburilor din industrie şi de la populaţie nu este organizată.

10.1..2 Materii prime auxiliareÎn categoria materiilor prime auxiliare sînt cuprinse un mare număr desubstanţe în cantităţi foarte reduse, care se introduc pentru a influenţa modul dedesf ăşurare a diferitor faze ale procesului de topire sau pentru a atribui sticleianumite proprietăţi particulare (culoare, opacitate).

Afinanţii au rolul de a înlesni limpezirea sticlei topite, prin degajarea uneicantităţi de gaze, care măreşte dimensiunile bulelor existente în sticlă şiaccelerează astfel ridicarea lor spre suprafaţă. Pentru obţinerea altor proprietăţi outilizare largă o are amestecul de As203 şi NaN03, sau Na2S04, CaS04, CaF2.

Decoloranţii au rolul de a înlătura culoarea imprimată sticlei de cantităţilemici de oxizi de fier, prezenţi totdeauna în amestecul de materii prime. Acestrezultat se poate obţine pe două căi principial diferite: oxidarea FeO la Fe203, care




are o acţiune colorantă mai slabă, şi compensarea culorii imprimate de oxizii defier prin culori complementare, condiţionate de alte substanţe

Acceleratorii de topire intensifică reacţiile chimice, scăzând temperatura deapariţie a fazei lichide. În acest fel, durata procesului de topire se reduce, iar randamentul cuptoarelor creşte. Drept acceleratori se utilizează CaF2, Na2SiF6,

NaCl, (NH4)2S04 şi alte substanţe.Oxidanţii se introduc în amestecul de materii prime, atunci când estenecesar ă crearea unui mediu oxidant în sticla topită. Substanţele utilizate caafinanţi şi decoloranţi au în general o acţiune oxidantă.

Coloranţii cuprind un număr foarte mare de substanţe. Se remarcă faptul, căfierul se poate afla în sticlă sub trei forme, în funcţie de natura mediului, dândculori şi nuanţe diferite.

Opacizanţii servesc la obţinerea unor sticle intransparente. În acest scop seutilizează compuşi cu fluor şi cu fosfor.

În consecinţă trebuie de menţionat, că nu toate substanţele şi materiile primemenţionate mai sus, se folosesc în mod obligatoriu la fabricarea tuturor sticlelor.Pentru sticlele transparente se folosesc un număr mai mare de materii prime, iar pentru sticlele de culoare verzuie sau cafenie — un număr mai mic de substanţe. Înafar ă de aceasta, propor ţia sau procentajul lor optim pentru fiecare tip de sticlă estediferit, fiind recomandat de către tehnologi. Toate materiile prime amestecateîmpreună alcătuiesc şarja (шихта) , topirea căreia în cuptor la o temperatur ăînaltă formează sticla lichidă. În această stare ea se toarnă cu ajutorul unor maşinispeciale în forme cu configuraţie şi dimensiuni dorite, iar apoi se r ăceşte.

10.2 Prepararea ş arjei - amestecului de materii prime

10.2.1 Schema tehnologică generală a secţiei de preparareDintre operaţiile principale de pregătire a materiilor prime pot fi menţionate

următoarele: uscarea, f ărâmiţarea, cernerea (clasarea), deferizarea şiamestecarea [48-52].

La o pregătire mai minuţioasă sunt supuse doar unele din materii prime, în primul rând nisipul. Fiind transportat în vagoane de cale ferată şi păstrat în aer liber, el acumulează, de obicei, o cantitate substanţială de umiditate, de aceeatrebuie mai întâi uscat. În acest scop se utilizează cel mai frecvent uscătoarecilindrice rotative de capacitate mare, încălzite cu combustibil (gaz). În unelecazuri pentru uscare pot fi folosite gazele calde preluate de la alte agregate. Launele întreprinderi încărcarea cu nisip a acestor cilindri rotativi de uscare 4 seefectuează cu ajutorul unui pod rulant 2 cu graif ăr în loc de cârlig, montat deasuprahalei de depozitare 1 (fig. 10.1). După cernere, nisipul este trecut prin separatorulmagnetic 5, iar apoi, cu ajutorul unui elevator (conveier vertical) este ridicat, însilozul 6 al halei de dozare. Deoarece un singur siloz de nisip este insuficient pentru a avea o rezervă de funcţionare de 2-3 zile, în realitate sunt prevăzute câtevasilozuri identice.




Celelalte materii prime în cantităţi mai mici, aduse în saci, sînt depozitateîn boxele 7, de unde sunt transportate cu ajutorul stivuitoarelor. Pe măsuranecesităţilor, sacii sînt goliţi în pâlniile conveierelor de transportare, formate din benzi rulante şi elevatoare, care descarcă materialele în silozurile respective 8 alehalei de dozare.

Din silozuri, materiile prime curg în alimentatoarele cu şnec 9, iar apoi - încupele cântarelor 10. Curgerea materialelor din silozuri este ajutată de nişte plăcivibratoare 11, fixate pe pereţii acestora. Cântarele se descarcă pe banda rulantă 12,care transportă materiile prime la amestecătoarele 13. De aici, amesteculomogenizat este transportat direct la alimentatoarele cuptoarelor sau este depozitatîn silozuri.

Fig. 10.1. Schema tehnologică a secţiei de preparare a şarjei

Fărâmiţarea materiei prime de gabarite mari, cum sunt piatra de var saudalamita (moluza), se efectuează cu ajutorul concasorului cu f ălci (ciocane)Elementele de lucru ale acestui mecanismsunt: două f ălci, dintre care una este fixă 1,iar alta mobilă 2 (fig. 10.2). Materia primăse mărunţeşte în urma efortului de cr ă pareşi măcinare dintre f ălci, cea mobilă fiindantrenată de un mecanism bielă-manivelăşi având o mişcare de întoarcere (fig. 10.2,a), sau complexă (fig. 10.2, b).

Fig. 10.2. Principiul de f ărâmiţare al concasoruluiCioburile care se introduc în amestecul de materii prime în propor ţie de 15-30% sînt sf ărâmate în nişte mori cu valţuri până la dimensiuni mici, care să




permită trecerea f ăr ă dificultăţi prin transportoare şi dispozitivele de alimentare.Cioburile de la alte întreprinderi, sau colectate de la populaţie, sînt mai întâisortate, apoi spălate, măcinate şi deferizate.

10.2.2 Dozarea şi amestecarea materiilor primeDupă operaţiile de pregătire a materiilor prime, în aceeaşi secţie se efectuează

şi dozarea lor conform propor ţiilor prestabilite şi preciziei necesare. Aceastăoperaţie este una din fazele cele mai importante ale procesului de preparare aamestecului. În industria sticlei este utilizată, de regulă, dozarea în greutate ,utilizând pentru aceasta diferite cântare automatizate. Acestea sînt plasate câteunul sub fiecare siloz într-o linie dreaptă, sub care se deplasează continuuconveierul de acumulare şi transportare către amestecător.

Cântarele clasice automate se bazează pe principiul echilibr ării greutăţiimaterialului cântărit, care se varsă din siloz într-o cupă, cu greutatea prescrisă deun mecanism indicator cu pârghii. În decursul umplerii cupei 3 prin dispozitivulde alimentare 1, ea se deplasează în jos, acţionând prin sistemul de pârghii asupramecanismului de prescriere 4 (fig.10.3). În momentul când greutateacupei devine egală cu greutatea prescrisă, alimentatorul deîncărcare se închide, iar mecanismul de descărcare 5r ăstoarnă cupa pe bandaconveierului de transportare amateriilor dozate cătreamestecător. După golire cuparevine în poziţia iniţială, iar ciclulreîncepe din nou.

Fig. 10.3. Construcţia cântarului automat clasic

În liniile automatizate moderne dozarea se efectuează cu ajutorul cântarelorelectronice continue mai performante cu traductoare tensometrice de masă şi

cu regulatoare electronice computerizate printr-un calculator central, care asigur ădirijarea întregii secţii de dozare. Acest calculator se află în camera operatorului,care este separată de linia de dozare, deoarece aerul din preajma acestei linii esteîmbibat puternic cu praf de materii prime în urma căderii lor pe banda conveieruluide transportare. Cantităţile de materiale dozate, înregistrate în memoriacalculatorului şi afişate pe monitor, pot fi modificate de operator în orice moment.

Pentru sticlele industriale obişnuite este suficientă o precizie a dozării de 0,5-1 %., iar pentru sticle cu proprietăţi deosebite abaterile dozării trebuie să fie multmai mici - sub 0,2 %.

În tabelul 10.1 este prezentat un exemplu de propor ţii ale componentelor

materiilor prime principale la 100 kg de şarjă (amestec) pentru fabricarea buteliilor colorate.




Tabelul 10.1COMPOZIŢIA ŞARJEI Kg Nisipul cuar ţos 64Dalamita (moluza) 18.2Calcar 2Sodă 23.9Sulfat de natriu 2.5Cărbune 0.5

Amestecarea materiilor prime dozate se face în diferite tipuri de utilajeamestecătoare - cilindrice, orizontale sau verticale, cu sau f ăr ă palete. După3 5 min de rotaţie a acestor amestecătoare, se obţine o omogenitate relativ bunăa componentelor amestecului.

O utilizare mai largă şi-a că pătat amestecă torul cu palete (Eirich) în formă

de farfurie cilindrică închisă şi rotitoare în jurul unui ax vertical, în interiorulcăreea se rotesc cu o viteză mai mare câteva palete (fig.10.4). În interiorul cutieise mai găsesc şi două roţi grele, care se rotesc liber, precum şi nişte palete fixe,destinate desprinderii materialului lipit de pereţii cutiei. Datorită mişcărilor independente ale cutiei şi ale paletelor, materialul parcurge traiectorii complicate înspirală şi se amestecă intens, obţinându-se o omogenizare foarte bună doar încâteva minute. Capacitatea unor astfel de amestecătoare poate varia între 250 şi3000 kg, productivitatea este înaltă, iar funcţionarea lor poate fi automatizată uşor.

Fig. 10.4. Amestecă torul materiilor prime C-951:1 — motor electric; 2 — ac ţ ionarea principal ă ; 3 — cupă ; 4 — traversă ; 5 —

pâlnie încărcă toare; 6 — cutie; 7 — paletele laterale ale amestecă torului; 8 — paleta de bază ; 9 — pahar; 10 — închiză tor; 11 — pâlnia de evacuare.

Înainte de introducerea amestecului de materii prime în cuptor, se controleazăcalitatea, urmărindu-se mai ales omogenitatea. Printre metodele moderne se




număr ă şi spectrometria în raze X , prin care se realizează analiza chimică foarterapidă a elementelor. Ea este realizată cu un aparat cu mai multe canale, care permite determinarea simultană a concentraţiei a 10 elemente în mai puţin de unminut, înregistrând rezultatele într-o formă prelucrabilă de calculator. Pe aceastăcale se pot analiza atât materiile prime individuale, cât şi compoziţia amestecului.

Şarja preparată în secţia de amestecare este transportată cu ajutorulconveierelor cu bandă direct în silozurile de acumulare, alimentatoarele cărora ointroduc apoi în cuptoarele de topire.

10.3 Cuptoare ş i procese de topire a sticlei

10.3.1 Noţiuni generale

Introducerea şarjei în cuptorul de topire poate fi f ăcută în gr ămezi (straturi)

mari sau mici. Varianta a doua este mai raţională, deoarece stratul subţire seîncălzeşte mai repede, iar variaţia nivelului este minimă. De aceea alimentatoareleautomate introduc amestecul de materii prime în cuptor sub formă de straturisubţiri şi gr ămezi mici.

Alimentatoarele cuptoarelor pot fi de mai multe tipuri: cu melc (şnec), cu piston, cu cupă mobilă şi cu cilindru celular. Varianta celular ă poate cuprinde osuprafaţă sau lungime mai mare, însă în acest caz construcţia cilindrului trebuie săreziste la temperaturi mari. De aceea o r ăspândire mai largă au că pătat-oalimentatoarele cu piston şi cu acţionare pneumatică sau electrică.

În figura 10.5 este reprezentat unalimentator al companiei italiene BDF cuşnec şi cu acţionare combinată: electrică şi pneumatică. Motorul şnecului are oacţionare electrică reglabilă în frecvenţă,deoarece determină productivitateaalimentatorului şi asigur ă stabilizareaautomată a nivelului sticlei în cuptor.Acţionarea pneumatică cu 2 cilindri

asigur ă introducerea periodică a şarjei încuptor.Fig. 10.5. Alimentatorul companiei BDF

Pentru topirea sticlei se utilizează diferite tipuri de cuptoare, care sedeosebesc prin construcţie, modurile de încălzire, de reutilizare a căldurii gazelor arse şi de funcţionare. Din punct de vedere constructiv se pot deosebi: cuptoare cucreuzete şi cuptoare vană , în care topirea sticlei se face în bazine zidite dincăr ămidă refractar ă. Cuptoarele cu creuzete au o funcţionare periodică, de aceea seutilizează pentru topirea unor cantităţi mici de sticlă, îndeosebi a sticlelor speciale.Cuptoarele van ă reprezintă de fapt singurul tip de cuptor utilizat pentru topireaunor cantităţi mari de sticlă şi cu funcţionare continuă, oprindu-se doar pentrureparaţii capitale. Aceste cuptoare au, de regulă, o încălzire cu gaz metan.




Că ldura gazelor arse este reutilizată pentru preîncălzirea aerului necesar pentru arderea gazului, folosind aşa numitele regeneratoare sau recuperatoare.Regeneratoarele constau din camere zidite din căr ămizi refractare şi umplute cugr ătare din material refractar. Prin aceste camere circulă alternativ (periodic) cândgazele calde, care ies din cuptor şi care încălzesc zidăria refractar ă până la

temperaturi înalte, când aerul de intrare, care preia căldura înmagazinată derefractoare. Cu alte cuvinte, recuperatoarele sînt nişte schimbătoare de căldur ădintre gazele de ardere şi aerul proaspăt, care funcţionează la temperaturi ridicate.

10.3.2 Procese de topire a amestecului de materii prime şi de formare asticlei

Topirea amestecului de materii prime constituie nişte procese complexe dincauza desf ăşur ării simultane a diferitor reacţii chimice şi transformări fizice, precum şi datorită temperaturilor înalte din cuptor — 1100-1450°C. În dependenţăde particularităţile de desf ăşurare a acestor procese, topirea sticlei poate fiîmpăr ţită în 5 faze principale:

1. Formarea silicaţilor — începe cu evaporarea umidităţii până la 100 C , cudescompunerea unor componente şi cu degajarea intensivă de gaze, urmată dediferite reacţii chimice, de apariţia primei faze lichide în jurul temperaturii de780 800 C şi a silicaţilor de natriu şi calciu, iar apoi — de formarea în jurul la1100 C a unei topituri bazice, în care este dizolvat o bună parte din 2SiO . Însăaceastă topitur ă este neomogenă, cu numeroase bule de gaze, care nu s-au pututdegaja din cauza viscozităţii ei destul de ridicate.

2. Formarea propriu zisă a sticlei în jurul temperaturii de 1200°C, când auloc unele reacţii între oxizii componenţi şi se încheie dizolvarea r ămăşiţelor deSiO2,, care n-au intrat în componenţa silicaţilor, însă acest proces decurge foartelent - 60-70 % din tot timpul de topire din cauza viscozităţii ridicate a silicaţilor.

3. Limpezirea (afinarea ) - constă în eliminarea bulelor de gaz r ămase întopitur ă, care se încheie în jurul temperaturii de 1500°C şi care depinde deviscozitatea topiturii, de tensiunea ei superficială, de temperatur ă şi de atmosferadin cuptor. Pentru accelerarea limpezirii este necesar de mărit temperatura topituriişi de adăugat nişte substanţe chimice, care degajând mari cantităţi de gaze, ridicăîmpreună la suprafaţă ş i bulele r ămase, de regulă mai mici.

4 . Omogenizarea chimic ă (la nivel molecular), care începe încă în faza delimpezire, deoarece bulele de gaz contribuie la difuzia şi la amestecarea maseitopite.

5 . R ăcirea sticlei topite de la 1400 1500 C până la 1100 1200 C , când seobţine o viscozitate optimală pentru turnare şi suflare a masei topite în maşinile defasonare.

Aşa dar, temperatura în diferite zone ale cuptorului trebuie să fie diferită.Aceste zone pot fi identificate şi reprezentate grafic în figura 10.6 conform celor 5faze menţionate mai sus.




Fig. 10.6. Distribuţia temperaturilor de-a lungul unui cuptor vană.

Circulaţia gazelor în spaţiul de lucru şi posibilităţile de realizare a uneidistribuţii de temperaturi bine determinate depind în mare măsur ă de modul cumsînt dispuse arză toarele. În cazul cuptoarelor vană cu regeneratoare se utilizează2 moduri de dispunere a arzătoarelor, care determină circulaţia gazelor pe otraiectorie în formă de potcoavă (fig. 10.7, a) şi transversal (fig. 10.7, b ). Primulmod este utilizat în cazul cuptoarelor relativ mici. Gazele în acest caz parcurg odistanţă mai mare prin cuptor, ard complet şi se realizează o transmisie mai bună acăldurii către sticla topită. Însă flacăra lungă asigur ă o temperatur ă mai redusă.

Plasarea arzătoarelor în pereţii laterali

şi circulaţia transversală a gazelor sefoloseşte la cuptoare, cu suprafaţa de topiremai mare de 15 m2. Circulaţia transversalăa gazelor permite reglarea mai uşoar ă atemperaturii pe lungimea cuptorului. Estenecesar ă însă o reglare atentă a flăcării, pentru a se evita arderea combustibilului pe canale sau în regeneratoare.

Fig. 10.7. Moduri de repartizare a arzătoarelor Căldura degajată prin arderea combustibilului se transmite sticlei prin radiaţia

gazelor şi a bolţii (80-85%), precum şi prin convecţie.Masa sticlei topite se deplasează în interiorul bazinului sub forma unor

curenţi. Una din cauzele, care provoacă acest fenomen o constituie procesul defabricaţie , adică faptul, că la un capăt al cuptorului se introduce amestecul dematerii prime, iar la celălalt se extrage sticla în vederea prelucr ării. Acest curent„de fabricaţie” se deplasează din partea superioar ă a bazinului (de alimentare) sprezona de prelucrare. El antrenează, de obicei, o cantitate de sticlă mai mare decâtcea extrasă în mod normal prin prelucrare, de aceea surplusul de sticlă din zona de

prelucrare se reîntoarce în zona de temperatur ă maximă a cuptorului, formând uncurent de profunzime cu sens invers. Pentru a micşora acest curent zona de prelucrare, de regulă, se separ ă de cea de topire.




10.3.4. Construcţia cuptoarelor vanăÎn figura 10.8 sunt reprezentate elementele constructive principale ale unui

cuptor vană clasic, care conţine 2 păr ţi principale: partea superioară , constituitădin bazinul (vana), în care are loc procesul de topire, limpezire şi condiţionaretermică a sticlei, şi partea inferioară , care cuprinde stâlpii de susţinere, sistemulde reutilizare a căldurii şi conductele pentru gazul combustibil, aer şi gazele arse.Vana cuptorului, din punct de vedere funcţional, este împăr ţită la rândul ei, deasemenea, în 2 păr ţi: spaţiul de topire 1 şi spaţiul de prelucrare 2 a sticlei. Lamajoritatea cuptoarelor vană aceste două spaţii sînt despăr ţite şi din punct devedere constructiv.

Vatra bazinului 3 şi pereţii 4 se construiesc din blocuri refractare sprijinite pegrinzi de oţel profilat şi pe piloni de zidărie independenţi. În scopul măririi durateide utilizare a blocurilor de la nivelul sticlei, care sînt corodate cel mai intens, se practică r ăcirea lor exterioar ă cu aer suflat cu ajutorul unor ventilatoare. Bolta 5este independentă de bazin, fiind suspendată pe un eşafod din oţel profilat, prevăzut cu elemente de susţinere şi fixare a fiecărei piese de zidăria refractar ă.Bolta arzătoarelor este înclinată cu un unghi de 20-25°, aşa încât flacăra estedirijată spre suprafaţa sticlei. În acest fel, în afar ă de transmisia căldurii prinradiaţie de la boltă şi de la gaze, se realizează şi o transmisie mai bună princonvecţie. Cuptorul are o singur ă pereche de recuperatoare 7 pentru încălzirea prealabilă a aerului. Acestea sînt plasate lateral pentru a permite accesul sub bazinşi inversarea periodică a aerului prin recuperatorul încălzit şi a gazelor calde princel r ăcit. În pereţii spaţiului de topire sînt prevăzute 2 deschideri pentruintroducerea şarjei, pentru arzătoare şi pentru evacuarea gazelor arse. În zona de prelucrare sînt prevăzute canale ce conduc sticla spre maşinile automate defasonare a buteliilor.

Fig. 10.8. Elemente constructive principale ale unui cuptor vană clasic




Aspectul constructiv interior (cu bolta deschisă) şi de ansamblu al unuicuptor vană modern, destinat pentru fabricarea buteliilor, este prezentat în figura10.9, în care prin culoare neagr ă şi albastr ă se evidenţiază recuperatorul stâng, prin culoare galbenă — fundul şi bolta cuptorului din căr ămidă refractar ă, prin roşu — pereţii laterali de o înălţime egală cu nivelul sticlei lichide, iar prin albastru

deschis — 3 canale de ieşire (prelucrare) — unul central şi două laterale, numite şifidere.

Fig. 10.9. Aspectul interior şi de ansamblu al unui cuptor vană modern

În prezent există multe firme şi companii de fabricare a ambalajelor dinsticlă, fiecare având variantele sale de cuptoare vană. În figurile 10.10 suntreprezentate proiecţiile cuptorului asociaţiei moldo - americane „Gllass ContainerCompany”din Chişinău cu 2 fidere de ieşire — LINE 2-1 şi LINE 2-2, deoarecesunt utilizate 2 maşini automate de fasonare. În aceste proiecţii prin culoaregalbenă este marcată sticla topită, prin roşu — pereţii vanei şi ai recuperatoarelor, prin albastru — conductele de suflare a aerului necesar pentru arderea gazului şi pentru r ăcire, ventilatoarele respective fiind reprezentate prin cerculeţe roşii, prinroz — echipamentul sistemului de încălzire. Cele 2 alimentatoare laterale alecuptorului cu şarjă „BATCH. CHARGER”. asemănătoare cu cel din figura 10.5,sunt evidenţiate cu bej.

După cum se observă din figura 10.10, a, cuptorul are o configuraţiespecială. Partea dreptunghiular ă de topire a vanei prevede un prag transversal, careîmpiedică deplasarea impurităţilor de la fundul acestei păr ţi spre partea de ieşire şi

a fluxului invers de sticlă topită. Înaintea pragului se face un barbotaj pentruamestecare. Cele 2 păr ţi sunt separate între ele printr-un perete transversal ca un pod cu o trecere îngustă sub el, prin care se deplasează sticla topită (fig.10.10. b).




Ramificarea ei în 2 fidere se face prin intermediul unui canal transversal îngust(fig. 10.10, a). Temperaturile curente ale zonelor principale, controlate la ofuncţionare reală cu ajutorul traductoarelor, sunt indicate în schema tehnologică peecranul computatorului operatorului (în figura 10.10 ele au indicaţii de 0ºC),utilizând un sistem de achiziţie de date şi vizualizare SCADA (vezi p.4.6).

a)

b)

Fig. 10.10. Proiecţii constructive ale cuptorului vană cu 2 fidere de fabricareal asociaţiei moldo-americane „GLASS CONTAINER COMPANY”




Peretele transversal al cuptorului îndeplineşte câteva funcţii:- împiedică deplasarea gazelor din partea de topire spre partea de prelucrare,

ceea ce asigur ă o separare termică între aceste două păr ţi.- împiedică pătrunderea în partea de prelucrare a straturilor superficiale ale

masei de sticlă din prima parte, care pot cuprinde numeroase defecte - por ţiuni de

sticlă insuficient dizolvate, cu bule, sau chiar granule de cuar ţ ;- împiedică deplasarea fluxului invers de sticlă.Principiul funcţional al sistemului de aprovizionare cu combustibil, aer şi de

recuperare este ar ătat în figura 10.11, iar schema tehnologică a lui - în figura10.12.

Fig. 10.11. Principiul funcţional al sistemului de încălzire şi de recuperare termică

Fig. 10.12. Schema tehnologică a sistemului de încălzire şi de recuperare termică

Cele 2 recuperatoare sunt împăr ţite în 2 jumătăţi, fiecare dintre ele fiind prevăzut cu un şuber (zăvor) pentru deschidere şi închidere automatizată. În aşamod se obţin 4 canale de circulaţie periodică a aerului rece de susţinere a arderii




combustibilului şi a gazelor fierbinţi ieşite din cuptor după arderea acestuicombustibil. În figura 10.11 aceste canale (hornuri) sunt reprezentate prin 4 pătr ăţele de culoare roşie cu săgeţi, care sunt deschise în mod încrucişat, douăcâte două, peste fiecare 30 de minute. Ca urmare, aerul rece, suflat de unul dinventilatoarele de susţinere a arderii de 15 kW prin căr ămida jumătăţii încălzite de

produsele de ardere ale cuptorului cu o temperatur ă de 1500ºC în ciclul precedent,este încălzit până la o temperatur ă de 480-520°C, ceea ce măreşte randamentulcuptorului. După cedarea căldurii acumulate, produsele de ardere, absorbite de unventilator de aspiraţie sau exhaustor de la baza coşului de fum, sunt evacuate înatmosfer ă.

Cele 4 şubere de distribuţie periodică a aerului şi gazului combustibil, când lafereastra stângă, când la fereastra dreaptă a cuptorului, sunt reprezentate în figura10.12. Fiecare fereastr ă este prevăzută cu 4 arzătoare de gaz şi 4 conducte de aer pentru funcţionarea lor. Procesul de inversare a şuberelor şi a arzătoarelor decurge

35-40 s. În acest timp temperatura din cuptor nu reuşeşte să scadă substanţial.Fiderele de ieşire ale cuptorului sunt relativ lungi, deoarece maşinile defasonare a buteliilor nu pot fi instalate foarte aproape de cuptor. Ţinând cont deaceasta, temperatura sticlei topite din canalul de distribuţie de 1200-1210ºC laintrarea în maşini ar putea scade sub 1000°C, ceea ce ar cauza rebuturi serioaseîntreprinderii. Pentru a exclude aceasta, fiderele sunt împăr ţite în 4 zone, fiecaredintre ele fiind înzestrată cu un arzător şi regulator propriu de stabilizare atemperaturii în limitele 1150-1110ºC (fig. 10.13). La aceste 4 zone se mai adaugăîncă una - cea din canal. Evident, că şi arzătoarele fiderelor au nevoie de aer pentrususţinerea arderii, însă de un flux mult mai mic şi reglabil. De aceea ventilatoarelefiderelor au o putere de 1 kW, viteza cărora este reglată cu convertizoareMICROMASTER 440 (Simens).

Fig. 10.13. Zonele de stabilizare a temperaturii sticlei în fiderele de ieşire




10.4 Linii tehnologice automatizate de fabricare a ambalajelor din sticl ă

Procesul de fabricare a ambalajelor din sticlă se compune, în general, din 2faze principale: modelarea formei (fasonarea) ambalajului din masa de sticlătopită şi fixarea acestei forme prin răcire. Ambele faze sînt posibile la unanumit mod de variere a viscozităţii şi temperaturii în procesul de fasonare şicristalizare. Timpul necesar pentru prima fază este, în general, foarte scurt încomparaţie cu timpul pentru fixarea formei, deoarece fasonarea poate fi f ăcutănumai la o anumită temperatur ă a sticlei (aproximativ 1100° C), pe când transferulnatural de căldur ă mediului înconjur ător este relativ lent. Ca urmare, ritmul defuncţionare sau productivitatea maşinii de fasonare trebuie să fie mare. Însăaceastă productivitate depinde, în mare măsur ă, de modul de fasonare.

10.4.1 Metode de fasonare a sticlei topite

În practică sunt folosite următoarele metode de fasonare: prin presare, suflare,tragere, laminare, centrifugare, sau metode combinate, de exemplu presare-suflare.

Fasonarea prin suflare , manuală sau automatizată. este larg r ăspândită în practică, deoarece este singura metodă, care permite obţinerea unor obiecte dinsticlă goale în interior, cu gât îngust şi pereţi subţiri. În acest caz picătura de sticlătopită din alimentator cade în prima fază prin pâlnia 1 în preforma 2, în partea de jos a

căreea are loc formareaexterioar ă a gâtului prinextragerea aerului din partea dedesubt (fig. 10.14). Concomitentcu aceasta, în interiorul gâtului seface o gaur ă cu ajutorul plungerului 3 pentru o suflareulterioar ă a picăturii. Dupăaceasta jumătăţile preformei sedeschid, iar picătura se roteşte la180 şi se transfer ă în formăfinală 6, unde are loc finisarea buteliei prin suflarea aerului îninteriorul gâtului în partea de sus,absorbindu-se aerul din formă prin partea de jos cu ajutorul pompelor de vacuum. Apoi jumătăţile formei se deschid şicleştele 8 transpune butelia peconveierul de transportare.

Fig. 10.14. Principiu de fasonare prin suflare




Fasonarea prin tragere se foloseşte larg la producerea sticlei pentrugeamuri, fibre, baghete şi ţevi. Iniţierea plăcii se face cu ajutorul unui cadru dinfier, prevăzut în partea interioar ă cu nişte dinţi (pieptene). Prin scufundarea dinţilor în sticla topită, aceasta se lipeşte şi odată cu ridicarea pieptenului se formează placa. Metoda de fasonare prin tragere este avantajoasă datorită simplităţii ei şi

productivităţii înalte.Fasonarea prin laminare , de asemenea, este utilizată pentru obţinerea plăcilor de sticlă de grosimi dorite. Sticla topită poate fi laminată discontinuu saucontinuu. În primul caz, topitura se toarnă din creuzet pe o masă metalică masivă şise laminează cu un valţ manevrat cu ajutorul unui mecanism. Prin laminarecontinuă între 2 valţuri, se obţin plăci cu suprafeţe de calitate bună, însă şlefuirea şilustruirea ulterioar ă a ei r ămân, totuşi, operaţii scumpe şi de durată.

Fasonarea prin presare este una din cele mai simple metode, preluată dinmetalurgie, însă puţin utilizată datorită stării prea vâscoase a sticlei în stare topită.

În acest caz cantitatea necesar ă de sticlă topită se îndreaptă într-o formă metalică,care modelează suprafaţa exterioar ă a obiectului. În această formă apoi se coboar ăaşa numitul poanson, pe care este fixat inelul de închidere. Prin presarea poansonului sticla topită umple întreaga formă până la inelul de închidere. Dupăridicarea poansonului produsul format este supus unei r ăciri intensive şi apoi scosdin formă prin înălţarea fundului mobil. Prin această metodă nu se pot obţineobiecte cu pereţi subţiri, iar cavitatea interioar ă poate avea doar forme simple. Deaceea ea se utilizează doar pentru confecţionarea paharelor, scrumierelor, vazelor şi a altor articole de menaj

Fasonarea prin presare-suflare prevede mai întâi presarea picăturii cuajutorul unui poanson, apoi suflarea ei în faza finală, ca şi în cazurile precedente.Această metodă este utilizată la fabricarea borcanelor şi a altor obiecte cu gât larg.

10.4.2 Alimentarea maşinilor de fasonare cu pică turi de sticlă topităAceastă operaţie se efectuează cu ajutorul alimentatoarelor automate,

principiul de funcţionare al cărora este ilustrat în mai multe faze în figura 10.15.Un alimentator de picături este constituit dintr-o chiuvetă (3), în interiorul căreease deplasează ciclic în sus şi în jos un plunger (5) cu un diametru de 60-70 mm şio lungime de 600-700 mm, care împinge

picătura în orificiul chiuvetei. Aceastaeste tăiată apoi de foarfecele 1, acţionatde acelaşi sistem, care pune în mişcare plungerul 5 şi cilindrul 4 de amestecarea sticlei topite. Masa picăturii depinde dediametrul inelului 2 de reglare aorificiului, de forma, diametrul, cursa şiviteza de deplasare a plungerului.Evident, că funcţionarea alimentatoruluitrebuie s

ă fie sincronizat

ă cu ma

şina de

fasonare.Fig. 10.15. Faze de formare a picăturilor de sticlă




10.4.3. Maşini automate de fasonare a buteliilor din sticlăAceste maşini, ca şi multe altele, au parcurs mai multe etape de dezvoltare. În

trecut o r ăspândire largă o aveau maşinile cu mişcare de rotaţie de tip carusel, deexemplu cele cu 7 secţii rotative Roirant R-7 şi BB-7. La aceste maşini preformeleşi formele erau dispuse pe verticală — primele în partea superioar ă, iar formele în partea inferioar ă. Toate fazele de fasonare din figura 10.14 se efectuau în decursulunei rotaţii. Aceste maşini aveau o acţionare electrică reglabilă de curent continuu,care permitea reglarea productivităţii de la 100 până la 160 butelii pe minut,Dezavantajul lor principal consta în blocarea întregii maşini în cazul ieşirii dinfuncţie a unei singure secţii, precum şi în rebutul relativ mare (până la 30 %).

De aceea în ultimii ani ele au fost înlocuite cu maşini statice de tip I. S. (I. S.= in series) sau Hartford, la care s-a renunţat la carusel, perechile preformă -formă fiind dispuse la acelaşi nivel şi formând 6, 8. 12 secţii paralele, autonome. Şicu funcţionare consecutivă. La ieşirea din funcţionare a unei singure secţii,

celelalte pot funcţiona normal. Alimentarea cu picături a secţiilor se faceconsecutiv şi ciclic, adică 1-2-3-4-5-6-1-2-.... Pentru aceasta alimentatorul este prevăzut cu un distribuitor automat de picături, care le repartizează cu ajutorulunor jgheaburi, până deasupra fiecărei preforme. Modelul maşinii I.S.H a r t f o r d î n v a r i a n t ă r u s e a s c ă îl reprezintă maşina cu 6 secţii AB6-2 , r ăspândită pe larg în prezent. Ea asigur ă o productivitate şi o fiabilitaterelativ bună.

Maşinile ultramoderne au o funcţionare asemănătoare, însă sunt şi mai performante, atât în ceea ce priveşte construcţia, cât şi în ceea ce priveşte

automatizarea lor. Ele au un număr de secţii deja mai mare — 8, 10, 12 cu 1-3manipulatoare fiecare, ceea ce măreşte substanţial productivitate lor. Această productivitate poate atinge valori până la 300-500 butelii/min. Ele sunt alimentatedeja cu 2 sau 3 picături concomitente şi sincrone de sticlă topită (fig.10.16).

Fig. 10.16. Alimentarea maşinilor de productivitate mare cu 2 picături sincrone




În figura 10.17 sunt reprezentate 2 variante ale maşinilor companieiitaliene BDF cu 8 şi cu 12 secţii. În partea de sus a ambelor maşini, subalimentator, este amplasat mecanismul de distribuire a picăturilor de sticlă topităcătre secţiile paralele, aflate mai jos într-un rând.

a)

Fig, 10.17. Variante moderne de maşini automate de fasonare a buteliilor alecompaniei italiene BDF




Vederea generală în funcţionare a unei maşini reale cu 3 manipulatoare pneumatice paralele este ar ătată în figura 10.18.

Fig. 10.18. Vedere generală a unei maşini de fasonare cu 3 manipulatoare paralele

Principiul de fasonare al unei astfel de maşini cu acţionare pneumatică amecanismelor principale este prezentat în figura 10.19.

Fig. 10.19. Principiul de fasonare al unei maşini I.S. Ha rt f o r d:

După căderea picăturii în preformă (fig. 10.19, a), ea este apăsată pestecleştele de gât şi plunger cu ajutorul aerului comprimat ( fig. 10.1.9, b). Apoi plungerul se retrage şi în golul lăsat se suflă aer comprimat, fasonându-se băşica cugâtul în jos ( fig. 10.19, c ). La încheierea acestei operaţii cele două jumătăţi ale preformei se deschid şi printr-o rotaţie de 180° în plan vertical cleştele de gât al




manipulatoarelor transfer ă băşica între cele două jumătăţi ale formei finale, însădeja cu gâtul în sus ( fig. 10.19, d; 10.20, a ). Apoi aceste jumătăţi se închid peste băşică după îndepărtarea cleştelui (fig. 10.19, e;), iar deasupra formei finale seaşează capul de suflare, prin care se introduce aerul comprimat de umflaredefinitivă (fig. 10.19, h, 10.20,c ). În figura 10.20, b se văd buteliile secţiei vecine

deja fasonate şi aşezate pe conveierul de transportare. În ultima fază forma finalăse deschide, iar butelia este luată de un cleşte şi depusă pe conveierul detransportare către cuptorul de recoacere (fig. 10.19, g).

a)

b)




c)Fig. 10.20. Faze diferite ale procesului de fasonare automată a buteliilor

În aceste momente butelia are o temperatur ă aproximativă de 1000ºC, ceea cecondiţionează o radiere şi sclipire puternică în jur, iar ca urmare – o r ăcire puternică. Ungerea mecanismelor mobile ale maşinii se face automat cu ajutorulunei pompe de ulei, iar răcirea formelor şi a diferitelor piese - cu aer comprimatsuflat continuu. Automatizarea acestor maşini necesită un controler performant detipul SIMATIC S7-400, precum şi sisteme de acţionare electrică şi pneumatică cu poziţionare şi cu precizie înaltă,

Formele de fasonare influenţează nemijlocit calitatea produselor obţinute,deoarece ele determină aspectul lor exterior. De aceea lor li acordă în permanenţă oatenţie deosebită, atât în ceea ce priveşte geometria, cât şi compoziţia lor. Ele seconfecţionează, de obicei, din fontă de calitate superioar ă, densă şi rezistentă la

temperaturi înalte. Se cercetează mereunoi aliaje, care să fie mai ieftine şi să permită ridicarea temperaturii defuncţionare. Forma exterioar ă a buteliilor în prezent este foarte variată, prioritate dându-se formelor rotunjite şicu un aspect plăcut (fig. 10.21).Fiecare firmă, care cumpăr ă ambalajede îmbuteliere, impune producătorilor

forme individuale pentru butelii.Fig. 10.21. Variante moderne de butelii




10.4.4. Cuptoare de recoacere a buteliilor din sticlăÎn urma fasonării în obiectele din sticlă r ămân tensiuni interne relativ mari,

din cauza r ăcirii rapide, în special în cea de-a doua fază a procesului. Acestetensiuni pot cr ă pa foarte uşor obiectele fasonate, de aceea micşorarea lor prinrecoacere este o operaţie obligatorie pentru toate produsele din sticlă.

Pentru înlăturarea tensiunilor remanente, sticla trebuie ţinută un anumit timpla o anumită temperatur ă pentru a asigura relaxarea structurii interioare.Menţinerea acestei temperaturi în limitele optime se efectuează cu ajutorul unor cuptoare de recoacere de tip tunel, prin care se deplasează obiectele din sticlă peun conveier. Procesul de recoacere cuprinde 4 etape bine distincte. Prima etapăasigur ă o trecere lentă a produselor de la temperatura fasonării la temperatura derecoacere propriu zisă. În etapa a doua sticlele sunt menţinut la temperatura derecoacere de circa 520-550ºC , timpul minim necesar pentru a micşora tensiunilor interne până la o limită nepericuloasă. Apoi ele sunt r ăcite lent cu viteza 2–

4°C/min până la 250–300°C, iar după aceasta — rapid, cu viteza 10–20°C/min până la 40–45°C.Evident, că în aceste regimuri termice tranzitorii trebui evitată apariţia unor

noi tensiuni remanente. Pe de altă parte, înlăturarea totală şi îndelungată atensiunilor interne este iraţională din punct de vedere al productivităţii şi al pierderilor de energie. De aceea în practică se urmăreşte reducerea tensiunilor subo anumită limită stabilită convenţional.

Recoacerea ambalajelor din sticlă se face în diferite cuptoare de tip tunel cufuncţionare continuă şi cu încălzire cu gaz (fig. 10.22, a) sau cu curent electric

( fig. 10.22, b). Ele sunt aranjate şi deplasate în tunel de un conveier cu bandă dinoţel de 2-3 m lăţime (fig.10.24).

a)Fig. 10.22. Cuptoare de recoacere a ambalajelor de sticlă cu gaz (a) şi cu

curent electric (b)După temperatur ă tunelul este împăr ţit în 4 zone, fiecare zonă fiind înzestrată

cu regulatorul său propriu de stabilizare a ei. Mai eficiente sînt cuptoarele-tunelcu recirculare a gazelor calde , realizată cu ajutorul unor ventilatoare, amplasateîn partea superioar ă. În acest caz gazele calde, produse de un arzător din prima




zonă (fig. 10.23) şi amestecate par ţial cu aer din exterior, sînt f ăcute să circulede jos în sus prin plasa transportorului şi printre sticle, iar apoi sînt recirculate. Înacest fel se asigur ă o repartizare uniformă a temperaturii şi este posibilă o reglarefină a regimului de termic în diferite zone. În afar ă de aceasta, consumul relativ decăldur ă se reduce sub 0,6 MJ/kg. Un astfel de cuptor, de circa 21 m lungime şi cu

banda de 1,5 m lăţime, poate recoace circa 35 t de sticlă în 24 de ore. Duratarecoacerii poate fi reglată între 0,75 şi 4 ore .

Fig.10.23. Fază de recoacere preliminar ă prin încălzire cu gaz

Fig. 10.24 Aranjarea buteliilor pe banda de transportare a cuptorului de recoacere




Încă lzirea electrică a cuptoarelor-tunel de recoacere prezintă uneleavantaje. Ca elemente încălzitoare se utilizează spirale de sârmă de crom-nichel,înf ăşurate pe vergele ceramice, care sînt fixate independent, putând fi scoase şiintroduse cu uşurinţă din exterior. Reglarea automată temperaturii se facemodificând curentul de alimentare al rezistenţelor şi stabilizând astfel temperatura

necesar ă. Consumul relativ de energie electrică este în acest caz mai mic - 0,2MJ/kg.10.4.5. Conveiere cu plăci de transportare a buteliilor din sticlă

După finisarea procesului de recoacere buteliile sunt îndreptate cu ajutorulunei benzi transportoare perpendiculare pe nişte mese mari, numite mese -acumulator şi amplasate paralel cu conveierele cuptoarelor de recoacere (fig.10.25). Aceste mese exclud aglomerarea nelimitată a buteliilor şi asigur ă ofuncţionare normală a conveierelor de transportare ulterioar ă a buteliilor cătreautomatele de verificare a calităţii lor şi către mecanismele de ambalare şiîmpachetare.

.

Fig.10.25. Masă - acumulator la ieşirea cuptorului de recoacereDacă se utilizează 2 maşini de fasonare şi cuptoare de recoacere, atunci fluxul

de butelii devine foarte mare, (ca un râu), fiind necesare cel puţin 2 mese -acumulator şi 2 ramuri ale conveierului de transportare (fig. 10,26).




Fig. 10.26. Schema liniei tehnologice de producere a buteliilor cu 2 maşini defasonare, 2 cuptoare de recoacere şi 2 mese - acumulator: 1 - cuptor de topire; 2 — maşini de fasonare; 3 - cuptor de recoace; 4, 5 – mase-acumulator; 6 — dispozitive decontrol al calităţ ii buteliilor.

Pentru transportarea fluxului de butelii în acest caz este necesar un sistemîntreg de conveiere cu plăci Acest sistem este alcătuit din mai multe secţii. Unadin aceste secţii, produse de compania MSC, la fel ca şi mesele — acumulator, estereprezentată în figura 10.27. În această figur ă sistemul de acţionare electricăreglabilă al conveierului este amplasat într-o carcasă de culoare galbenă.

Fig.10.27 Aspectulconstructiv al unei secţii aconveierului cu plăci

Sunt utilizate, de asemenea,şi secţii de schimbare a direcţieide deplasare a buteliilor, precum şi de aranjare a lor într-un singur rând (fig. 10.28)Aranjarea buteliilor într-unsingur rând este necesar ă pentrutestarea defecţiunilor posibile,care se efectuează cu ajutorulunui automat special cu cameredigitale video şi cu calculator.

Fig.10.28 Schimbareadirecţiei şi aranjarea buteliilor într-un singur rând




În figura 10.29 este ar ătat mecanismul de control automat al gâtuluifiecărei sticle, însă controlul final este executat vizual de către operatorul uman.Pentru ca acesta să observe sticlele cu vre-o defecţiune, ele sunt trecute prindreptul unui ecran puternic de lumină, care măreşte vizibilitatea (fig. 10.30).

Fig. 10.29. Mecanismul de control automat al gâtului fiecărei sticle

Fig. 10.30. Controlul final de către operatorul uman şi ecranul puternic delumină




10.4.6. Mecanisme de ambalare şi împachetare a buteliilor din sticlă

Etapa finală a procesului tehnologic constă în ambalarea şi împachetarea buteliilor din sticlă pentru a putea fi depozitate sau livrate cumpăr ătorilor. Pentruaceasta au fost elaborate diferite mecanisme automate şi robotizate de aranjare,ambalare, împachetare şi transportare.

Ţinând cont de faptul, că transportarea buteliilor în cadrul halelor şidepozitelor se efectuează cu ajutorulelectrostivuitoarelor, ca bază deîmpachetare serveşte suportulstandardizat de lemn în formă de pod, pecare se aranjează buteliile în straturisuprapuse unul altul (fig. 10.31). Întrestraturi şi deasupra se pun foi din cartongofrat, iar apoi blocul de butelii seînveleşte şi se strânge cu peliculă de polietilenă, care, fiind încleiată prinîncălzire termică., solidarizează toatestraturile. Fig.10.31 Principiu de ambalare a buteliilor

Pentru efectuarea acestor operaţii au fost elaborate diferite maşinisemiautomate şi automate, care de fapt reprezintă nişte roboţi cu acţionarehidraulică. Unul dintre aceştea este reprezentat în figura 1 0.32.

Fig. 10.32. Robotul MT 420 de ambalare şi împachetare a buteliilor




Pentru deplasarea blocurilor împachetate spre platforma deacces a electrostivuitoarelor estenecesar un sistem de conveiere,asociat cu căi de role. Un astfel

de conveier, înzestrat cu unmecanism de manipulare estear ătat în figura 10.33.

Fig. 10.33. Instalaţie detransportare şi manipulare a

blocurilor împachetateCompania italiană EMMETI produce o gamă largă de maşini automatizate,

roboţi, conveiere, care efectuează toate operaţiile de ambalare, împachetare,transportare şi depozitare f ăr ă nici o intervenţie a operatorului (fig. 10.34).

Fig. 10.34. Maşini automate de ambalare, manipulare, transportare şi împachetarea buteliilor din sticlă ale companiei italiene EMMETI




10.5 Sisteme de automatizare ale cuptoarelor vană

Aşa dar, fabricarea ambalajelor din sticlă include o serie întreagă de procesemecanice, termice şi chimice, care au o funcţionare continuă şi care se desf ăşoar ăîn condiţii forte grele pentru organismul uman. Cuptorul de topire a sticlei cu

temperatura gazelor de ardere de 1500°C, sticla amorf ă de 1000ºC din maşinile defasonare, cuptoarele de recoacere a buteliilor cu o temperatur ă de 500°C şi fluxulenorm de butelii încălzite emană o aşa cantitate de căldur ă, care transformă hala de producţie într-un cuptor de coacere a pâinii. Necătând la ventilarea intensivă şicontinuă a halei, organismul uman totuşi nu rezistă mult timp să activeze în acestecondiţii grele. În legătur ă cu aceasta pentru operatorii de serviciu sunt prevăzutecabine separate şi cu aer condiţionat, iar tot utilajul tehnologic deschis esteautomatizat. Toată informaţia necesar ă despre utilajele şi procesele tehnologice principale este afişată pe panourile operatorilor de serviciu sau pe monitorul

computerului industrial în cabinele lor speciale de lucru. Funcţia lor principalăconstă în cunoaşterea şi monitorizarea proceselor, regimurilor şi parametrilor utilajelor şi instalaţiilor, care asigur ă o bună funcţionare a întregului proces. La oautomatizare totală a acestui proces operatorilor le revine sarcina principală de alua decizii în caz de defecţiuni imprevizibile. Evident, că automatizarea totală nairezolvă o problemă — cea economică, eliberând multe braţe umane de muncă şiaducând un profit economic întreprinderii.

Sistemul de automatizare al cuptorului vană - obiectul principal decomandă - include cai mai mulţi parametri de control şi reglare, unii dintre ei fiind

repartizaţi în mai multe locuri (cum ar fi, de exemplu, temperatura) sauinterdependenţi unii faţă de alţii. Cei mai principali dintre aceşti parametri sunt:- temperatura sticlei în diferite puncte ale cuptorului, a aerului, a gazelor arse

din cuptor şi din regeneratoare;- debitul de gaz combustibil şi de aer, precum şi raportul aer-gaz, care determină

eficacitatea procesului de ardere a combustibilului;- nivelul sticlei topite la ieşirea din cuptor;- presiunea gazelor de ardere pe bolta păr ţii de topire a vanei;

Toţi aceşti 4 parametri principali trebuie reglaţi şi stabilizaţi la anumite valorioptime cu ajutorul sistemului său propriu de reglare automată în buclă închisă.Evident, că fiecare sistem trebuie să aibă traductorul său d e măsurare a parametrului respectiv. Însă această măsurare nu este atât de simplă la temperaturifoarte înalte, cum sunt cele din cuptor. În plus, în aceste sisteme mai apar şi alte probleme: iner ţia relativ mare a proceselor termice, timpul mort al unor obiecte dereglare şi altele.

La cele 4 sisteme de reglare automată, menţionate se mai adaogă şi sistemul deinversare automatizată a flăcării şi a regeneratoarelor, însă acesta nu are nevoie detraductor, deoarece funcţionează în funcţie de timp.

În figurile 10.10-10.11 sunt indicaţi toţi parametrii principali, măsuraţi cuajutorul traductoarelor respective, locurile de instalare şi dimensiunile lor, inclusivvaloarea indicată, însă aceasta din urmă este egală cu 0. În sistemul real pe




monitorul calculatorului în loc de 0 apar valorile curente ale parametrilomăsuraţi.

Măsurarea temperaturii sticlei topite se efectuează prin contact direct cuajutorul termocuplurilor. De exemplu, termocuplurile sunt instalate în partea detopire la intrare, la fundul vanei şi pe cupola ei, precum şi în canalul central, în

zonele fiderelor şi în diferite zone ale recuperatoarelor, Cea mai înaltă temperatur ăeste cea a gazelor de ardere în bolta deasupra nivelului sticlei topite — 1510-1550°C. Această temperatur ă însă nu poatefi măsurată prin contact direct, ci doar prinradiaţie cu ajutorul pirometrelor.

În figura 10.35 este prezentat pirometrul firmei LAND cu fibre optice.El conţine 3 elemente principale: un senzor de măsurare de formă cilindrică cu un

diametru de 15mm şi cu lentilă la capăt, uncablu flexibil cu fibre optice de transmisiea semnalelor măsurate şi un amplificator — convertor, care se alimentează cu o tensiune de 24 V.

Fig. 10.35. Pirometrul firmei LANDMăsurarea simplă, fiabilă şi cu precizie înaltă a debitelor aerului şi

gazelor se efectuează cu ajutorul debitmetrelor cu vârtejuri (vortex). Acestedebitmetre se bazează pe efectul apariţiei unor oscilaţii turbulente pneumatice laintroducerea în calea aerului şi gazului a unor obstacole în formă de „T” (vezicapitolul 1). Frecvenţa acestor oscilaţii este direct propor ţională cu viteza decurgere a fluxului V:

V f S xd

, unde S — numărul lui Strouhal; d — distanţa dintre obstacole.

De aceeaşi frecvenţă este şi presiunea diferenţiala produsă înainteaobstacolului şi după el, care este detectată de un senzor din cuar ţ, montat înspatele obstacolului, şi prelucrată apoi de un bloc electronic.

Ca exemplu de debitmetru cu vârtejuri poate servi modelul Vortex PhD™ , produs de firma americană EMCO (fig. 10.36)

Fig. 10.36. Debitmetrul cu vârtejuri VORTEX PhD al firmei americane EMCO




Schema de utilizare a debitmetrului cu vârtejuri pentru reglarea automată agazului combustibil cu ajutorul unei clapete (supape), instalate în conducta de gazşi acţionate de în element de execuţie tipic este reprezentată în figura 10.37.

Fig.10.37 Schema de reglare automată a debitului gazului combustibil

Reglarea debitului aerului poate fi efectuată şi în buclă deschisă - în raport cudebitul gazului, iar acesta, la rândul său, - în funcţie de temperatura necesar ă.Valoarea optimă a acestui raport este de 10:1, adică pentru un debit al gazului de1000 m3 / h este necesar un debit de aer de 10000 m3 / h. Reglarea aceasta propor ţională dintre debite se realizează cu ajutorul controlerului de automatizare :QA = k QG = 10 QG .

Pentru stabilizarea nivelului sticlei topite din cuptor pot fi folosite mai multevariante de măsurare a acestui parametru. Ţinând cont de temperatura înaltă asticlei, şi de proprietatea sticlei topite de a conduce curentul electric, unele dincele mai simple variante de măsurare a nivelului ei sunt cea a contactului electricsau a capacităţii electrice. Elementul sensibil al unor astfel de traductoare este unelectrod subţire de platină, suspendat deasupra nivelului sticlei, iar cel de-al doileaelectrod este cufundat permanent în vană, Către aceşti 2 electrozi se aplică otensiune de 36 V. Când nivelul sticlei atinge electrodul suspendat, datorităconductibilităţii sticlei topite, între electrozi apare un curent electric, care esteamplificat şi convertit de către blocul electronic în semnal discret, de exemplu într-un contact de releu. Acest semnal serveşte ca semnal de reacţie pentru regulatorulde nivel al convertoarelor de frecvenţă, care alimentează motoarelealimentatoarelor electropneumatice ale cuptorului. Regulatoarele de nivel reglează productivitatea alimentatoarelor astfel, ca nivelul real să fie egal cu cel prescris,asigurând astfel o stabilizare a lui: h = const.

O concepţie de automatizare integrată totală (TIA - Totaly IntegratedAutomation) cu un control al tuturor proceselor cu ajutorul echipamentelor SIMATIC S7 (SIMATIC PCS 7 - Process Contrpl Sistem), elaborate decompania SIEMENS pentru automatizarea tuturor ramurilor industriale complexe,au fost implementate şi în industria sticlei. Aceste echipamente au fost descrise pescurt în capitolele 1-3, de aceea în figurile 10.38-10.39 sunt indicate unele din ele,

utilizate în industria sticlei.




Fig.10.38 Echipamente SIMARIC S7 utilizate în industria sticlei




Fig.10.39 Convertizoare de frecvenţă şi traductoare ale companiei SIMENS,

utilizate în industria sticlei




10.6 Fabricarea sticlei plateFabricarea sticlei plate pentru geamuri se efectuează în formă de bandă

de o lăţime 4-6 m, sticla topită fiind laminată prin trecerea ei printre 2 valţuri,aflate la o distanţă, egală cu grosimea necesar ă (fig..10.40).

Fig. 10.40. Valţuri de laminare a sticlei plate pentru geamuriTransportarea ei se face cu ajutorul unor căi cu role, acoperite cu

cauciuc şi rezistente la temperaturi înalte (fig. 10.41).

Fig. 10.41. Transportarea benzii de sticlă cu ajutorul căilor cu role




Procesul de recoacere a sticlei plate este asemănător cu cel al buteliilor.În figura 10.42 este ar ătată banda la ieşirea din cuptorul de recoacere.

Fig. 10.42. Cuptor de recoacere a benzii plate de sticlă

Banda de sticlă se taie apoi transversal după dimensiuni standardizate cuajutorul unui material tare (diamant) şi a unor role de susţinere (fig.10.43).

Fig. 10.43. Tăierea benzii de sticlă cu ajutorul unui diamant şi a unor role




Şlefuirea benzii de sticlă se efectuează cu ajutorul unor mecanismeverticale cu acţionare rotativă (fig. 10.44), iar stocarea plăcilor mari se face în poziţie verticală (fig. 10.45).

Fig. 10.44. Şlefuirea sticlei plate cu mecanisme verticale

Fig. 10.45. Stocarea plăcilor mari de sticlă în poziţie verticală



11 . PROCESE Ş I UTILAJE TEHNOLOGICEDIN INDUSTRIA CIMENTULUI

11.1 Principii generale de producere a cimentului ş ipropriet ăţ ile lui principale

Materialele principale de construcţie - piatra, căr ămida, varul si ghipsulau fost utilizate de oameni încă din vremurile str ăvechi, însă prima variantă acimentului modern a fost obţinută abia în 1824 în Anglia de către D.Aspdin şi în1825 in Rusia de către Celiev. Acel ciment semăna cu o piatr ă naturală dobânditălângă oraşul englez Portlend, de aceea a primit denumirea de ciment portland.

Producerea acestui ciment se bazează pe arderea într-un cuptor rotativ aunui amestec din piatră de var si lut în calitate de componente principale, precum şi din alte materiale componente în cantităţi mult mai mici, până la otemperatur ă de 1300-1450oC, când are loc topirea, întrarea în reacţii chimice acomponentelor principale şi formarea clincherului - un amestec de silicaţi decalciu şi alte substanţe chimice. Acest clincher apoi se r ăceşte, se f ărâmă şi semacină împreună cu o mică cantitate de ghips şi de zgur ă, formând cimentul portland propriu-zis.

În condiţii obişnuite piatra de var CaCO3 şi lutul SiO2Al2O3F2O3 sunt inerte,adică nu pot reacţiona chimic. Însă dacă aceste componente se încălzesc într-uncuptor rotitor până la topire, ele reacţionează, rezultând mai multe substanţe, dintrecare cea mai principală este trisilicatul de calciu 3CaO SiO2 – componenta

principală a clincherului portland. În timpul r ăcirii acesta din urmă se solidifică înforma unor pietre cu dimensiuni medii (fig. 11.1), de aceea este nevoie demărunţirea lui.

Fig. 11.1 Clincher r ăcit şi solidificatCuptorul pentru încălzirea şi arderea amestecului de materii prime se execută

în forma unui tambur înclinat cu un diametru 6-7m si o lungime de 95-97 m,că ptuşit din interior cu căr ămidă refractar ă, care se roteşte cu o viteză foarte mică(0.5-1.5 rot/min) pe patru suporturi cu role prin intermediul unei acţionări electricereglabile (fig. 11.2). În partea ridicată a tamburului se aplică amestecul de materii prime, care se deplasează datorită rotirii spre partea coborâtă, unde se aplică



11. I NDUSTRIA CIMENTULUI 646

combustibilul. Ca urmare, gazele de ardere se deplasează în contrasens f ăinii,micşorându-şi treptat temperatura, iar materiile prime dimpotrivă, îşi măresctemperatura în decursul deplasării lor, ajungând până la 1300-1450oC, când seformează clincherul. La această temperatur ă durata procesului termic şi chimic deobţinere a clincherului constituie 20-30 min. Ridicarea temperaturii până la 16000

C ar putea reduce această durată până la 5-10 min, însă în acest caz creştesubstanţial consumul de combustibil. De aceea în practică valoarea optimă atemperaturii maxime este considerată şi aleasă în jurul de 1450o C.

Fig. 11.2. Cuptorul rotitor de producere a cimentului la uzina din REZINA

Clincherul, după r ăcire şi mărunţire, este supus măcinării împreună cu nişteadausuri minerale active. Ghipsul, de exemplu, se adaugă în propor ţie de 3-5% înscopul reglării duratei de întărire a cimentului. Adausurile naturale sunt mai greuaccesibile, de aceea ele deseori se înlocuiesc cu cele artificiale, cum ar fi granulelede zgur ă, obţinută după topirea fontei la combinatele metalurgice. Zgura se adaugăîn ciment în propor ţii de 20-21 % pentru a mări rezistenţa betonului la apă şisăruri, ceea ce este important pentru construcţii subacvatice şi subterane, precum şi pentru a micşora degajarea excesivă a căldurii în timpul întăririi, carecondiţionează cr ă pături în beton, iar uneori chiar deformaţii în construcţie. Pentru aobţine alte proprietăţi ale cimentului şi betonului, în clincher se adaugă uneori şialte substanţe minerale active, inclusiv de origine vulcanică.Măcinarea clincherului şi a adausurilor se efectuează în mori cilindricerotitoare (fig. 11.3), care conţin în calitate de mijloace de mărunţire bile metalice




de formă sferică. Ea încheie procesul de producţie a cimentului portland. Apoi else transportă pneumatic în silozuri de păstrare , care reprezintă nişte rezervuaretubulare de beton armat de capacitate mare (10000 t fiecare) (fig.11.5). Ambalarea în saci de hârtie a câte 50 kg se efectuează cu ajutorul unei maşini automate detip carusel.

Fig. 11.3. Moar ă cilindrică rotativă de măcinare a clincherului şi adausurilor

În procesul tehnologic de producere a cimentului se prevede mai întâi omărunţire separată a petrei de var şi a lutului, apoi măcinarea lor împreună,adăugând, dacă este necesar, unele substanţe adăugătoare pentru a corectaconţinutul de oxizi de siliciu, fier, aluminiu. În dependenţă de principiul tehnologicde pregătire a amestecului de materii prime, în practică şi-au găsit aplicaţie 3metode de producere a cimentului: umedă , uscată şi combinată [54-56].Conform primului procedeu măcinarea materialelor mărunţite, amestecarea şicorectarea conţinutului chimic se efectuează prin adăugarea a 30-45% de apă. Înstare umedă aceste operaţii necesită mai puţină energie mecanică şi electrică, însăenergia termică pentru încălzire şi ardere în cuptor a amestecului semilichid estemult mai mare.

Metoda uscată de producere prevede efectuarea tuturor operaţiilor de pregătire aamestecului de materii prime, inclusiv măcinarea, după uscarea lor şi înlăturareachiar a umidităţii naturale. Necătând la faptul, că mărunţirea în acest caz decurgemai greu, consumul sumar de energie electrică şi termică la o tonă de cimenttotuşi este mai mic, iar efectuarea operaţiilor pregătitoare se simplifică mult. Înlegătur ă cu aceasta, tehnologia uscată şi-a găsit o mai largă aplicaţie inpractică , inclusiv la uzina de ciment din Rezina. Operaţiile ei principale suntindicate în figura 11.4 [56].




AUTOCAMIOANE SACI 50KG VAGOANE

Fig. 11.4. Operaţii tehnologice principale de producere uscată a cimentului

Extragerea lutului Extragerea pietrei de var

Sf ărâmarea pietrei de var Mărunţirea şi uscarea lutului

Uscarea pietrei de var Pirita

DOZAREA MATERIILOR PRIME

M Ă CINAREA MATERIILOR PRIME

CORECTAREA Ş I OMOGENIZAREA F Ă INEI

ARDEREA FĂINEI DE MATERII PRIME ŞI R ĂCIREA CLINCHERULUI

MĂCINAREA CLINCHERULUI ŞI ADAOSURILOR ZGUR ĂGHIPS

TRANSPORTAREA Ş I P Ă STRAREA CIMENTULUI

ÎMPACHETAREA Ş I LIVRAREA CIMENTULUI




Fig. 11.5. Silozuri de depozitare a cimentuluiDintre proprietăţile principale ale cimentului portland pot fi menţionate: rezistenţa mecanică-durabilitate, caracterizată prin tipurile M400, 500,600;

durata de întărire (de la 45 de min la 10 ore); uniformitatea de variaţie a volumului, dependentă de conţinutul deoxizi CaO, şi MgO, concentraţia mărită a cărora aduce la apariţiacr ă păturilor ;

gradul de măcinare, care determină durata de întărire şi durabilitatea; densitatea - 3000-3200 kg/m3; consumul necesar de apă - 20-27 %; rezistenţa la temperaturi negative şi la corozie; degajăr i de că ldură în procesul de întărire, care pot condiţiona

cr ă pături.Introducând în clincher diferite adausuri, pot fi obţinute următoarele tipurispeciale de ciment:

ciment cu concentraţie sporită de zgură , care măreşte rezistenţa la apăsau săruri şi micşorează cantitatea de căldur ă, precum şi deformaţiileinterioare, însă slă beşte rezistenţa la îngheţuri;

ciment cu întărire rapidă cu un conţinut sporit de trisilicat de calciu; ciment cu rezistenţă la temperaturi ridicate (peste 100oc), obţinut prin

micşorarea conţinutului de 3CaOSiO2 şi mărirea nisipului SiO2; ciment pentru materiale de azbest; ciment alb sau colorat, cu conţinut redus de Fe2O3 şi sporit de ghips; ciment pentru drumuri cu rezistenţă mecanică sporită şi la îngheţuri.




11.2 Opera ţii ş i utilaje de preg ă tire a materiilor prime

11.2.1 Sf ărâmarea primar ă a materiilor prime principale

Piatra de var este transportată de la cariera de lângă uzina din Rezina cuajutorul autocamioanelor basculante БЕЛАЗ -540 cu o capacitate de 24 tone (fig.11.6) şi descărcată într-un buncăr de o capacitate de 100 de tone, plasat în aer deschis (fig. 11.7).

Fig. 11.6 Încărcarea pietrei de var în autocamioane la carier ă

Fig. 11.7 Descărcarea autocamionului basculant cu piatr ă de var în buncăr

Din buncăr piatra de var este orientată spre maşina de sf ărâmare (concasare) primar ă 5 prin intermediul alimentatorului de tip conveier 4, care regleazăcantitatea de piatr ă în conformitate cu productivitatea sf ărâmătorului




(concasorului) şi a sarcini motoarelor lui (fig. 11.8). Această maşină esteconstituită dintr-un rotor cu mai multe ciocane pe el, sub lovitura cărora bolovaniide piatr ă se sf ărâmă. În acest proces bucăţile mici cad prin orificiile unui gr ătar peconveierul de transportare ulterioar ă, iar bucăţile mari sunt supuse mai departeloviturilor ciocanelor.

Fig. 11.8. Secţia de sf ărâmare primar ă a pietrei de var

După sf ărâmare piatra de var este transportată de către un sistem de conveierecu bandă 7, 10, 18 sau în secţia de uscare a ei, sau spre depozitarea în aer liber,care are ca scop asigurarea unei rezerve de materie primă pentru funcţionarea f ăr ă

întrerupere a uzinei cel puţin 5-6 zile. Alegerea direcţiei de transportare a pietrei seefectuează în mod automat în nodurile de intersecţie a conveierelor 9, 13, 14 (fig.11.8).




A doua materie primă principală – lutul este transportat din cariera uzinei cuautocamioane basculanteКРАЗ de 12 tone pe o suprafaţă deschisă de depozitare, prevăzută cu două poduri rulante de tip graif ăr (f ig. 11.9). Lutul umed se încarcămai întâi cu ajutorul graif ărului 1 în buncărul de recepţie 2 de o capacitate de o100 tone, de unde alimentatorul 3 îl îndreaptă apoi spre maşina de sf ărâmare cu doi

arbori 4. Ea f ărâmiţează bolovanii de lut cu dimensiuni de 200–500 mm în bucăţimai mici de 35 mm. După mărunţire lutul este transportat de către conveierul 5 întamburul de uscare 8, prevăzut cu o camera proprie de încălzire 7 cu gaz. Aerulnecesar pentru arderea combustibilului este asigurat de către ventilatorul 6, iar eliminarea gazelor de ardere – de către aspiratorul de fum (exaustorul) 11, fiindmai întâi cur ăţite cu ajutorul cicloanelor 9 şi filtrului electric 10. După uscare lutuleste transportat de un sistem de conveiere 13, 14 în silozul intermediar 15 cu ocapacitate mare. Descărcarea reglabilă a acestui siloz se efectuează cu ajutorulalimentatorului 16 şi a conveierului 17, care transportă lutul către secţia de dozare.

Fig. 11.9. Secţia de sf ărâmare primar ă şi uscare a lutuluiPiatra de var şi zgura se sf ărâmă şi se usucă după o schemă asemănătoare.

Maşina de sf ărâmat piatr ă de var cu productivitate de 600 t/h de tipulСМД -98A este reprezentată în figura 11.10. Ea are un rotor 7, pe care sunt fixate înformă de şah ciocanele 6. Loviturile lor directe, precum şi cele indirecte ale plitei4, asigur ă sf ărâmarea pietrei de var. Bucăţile deja sf ărâmate trec prin gr ătarele 2 şi

8, distanţa dintre care poate fi reglată în limitele 0 – 40 mm, valoarea nominalăfiind de 25 mm. Ţinând cont de sarcina variabilă şi cu şocuri a acestei maşini, precum şi de pornirea sub sarcină deplină, motorul ei de acţionare trebuie să




posede cuplu înalt de pornire. În afar ă de aceasta, productivitatea înaltă şidimensiunile mari ale rotorului – diametrul 2750 mm, lungimea – 2250 mm, masa – 52 t, - necesită o puterede 1000kW şi o pornireîndelungată. În legătur ă cu

faptul, că în trecut acestecerinţe nu puteau fisatisf ăcute pe deplin demotoarele asincrone curotor în scurtcircuit,concasoarele se înzestraucu motor cu rotor bobinatşi reglare reostatică.În prezent această

acţionare poate fimodernizată prinalimentarea motorului dela un convertor defrecvenţă.

Fig. 11.10 Concasorul de sf ărâmare primar ă a pietreide var

Lutul nu este aşa de tare ca piatra de var, de aceea el se sf ărâmă cu ajutorulunei maşini cu 2 valţuri de tipДДЗЭ ( fig. 11.11). Pentru evitarea deterior ăriimaşinii în cazul nimeririi unor bucăţi mari şi tari, unul din valţuri are o fixaremobilă, folosind arcul 2. Productivitatea acestei maşini, depinde de dimensiunilematerialului, de viteza de rotaţie a valţurilor şi de distanţa dintre ele. Aceastădistanţă se reglează pentru aobţine un grad de mărunţire dorit.Există, de asemenea, o vitezăoptimă a valţurilor, care asigur ă o productivitate nominală de 150t/h şi care constituie aproximativ40 rot/min. Evident, că în cazulacţionării nereglabile aceastăviteză se obţine cu ajutorul unuireductor.

Fig. 11.11.Concasorul ДДЗЭ de sf ărâmare primar ă a lutului

Cicloanele de cur ăţire preliminar ă a gazelor de ardere sunt constituite din 2 păr ţi – superioar ă cilindrică şi inferioar ă conică. Sub acţiunea presiunii gazelenimeresc mai întâi în partea superioar ă, unde capătă o mişcare de rotaţie. Înrezultatul ciocnirii particulelor esenţiale ale gazelor cu pereţii interiori ai

cilindrului, ele îşi pierd din viteză, cazând în partea conică, iar de acolo – în buncăr sau conveier. Fluxul de gaze este cur ăţit în cicloane în propor ţie de 70-80 %, deaceea este îndreptat apoi spre treapta a doua de cur ăţire – prin filtru electric.




Principiul de cur ăţire a gazelor în filtrul electric se bazează pe electrizarea(ionizarea) particulelor suspendate sub acţiunea unui câmp electric de curentcontinuu de intensitate mare (cca 100 kV). Acest câmp este orientat în aşa mod,încât particulele ionizate negativ să fie atrase de electrozii pozitivi, legaţi la corp.Particulele lipite sunt scuturate de pe aceşti electrozi periodic sau continuu, fiind

acumulate de nişte coşuri conice, situate în partea de jos a filtrului.11.2.2 Dozarea materiilor prime principale

Pentru obţinerea unui amestec optim de materii prime, numit şarjă, estenecesar ă o dozare strictă a componentelor ei, şi anume:

Piatr ă de var – 74 – 75 %, Lutul -- 23 – 24 %, Pirita – 2 - 2,5 % (în prezent aceasta nu se mai foloseşte).

Această dozare se efectuează cu ajutorul unor dozatoare cu bandă transportoareşi acţionare electrică reglabilă , numite alimentatoare şi instalate sub fiecare dinsilozurile componentelor respective din blocul de dozare, conform schemeitehnologice generale. Variind viteza de deplasare a benzii cu ajutorul unei acţionărielectrice de curent continuu sau alternativ, se reglează simplu şi continuu productivitatea alimentatorului. Însă acest alimentator posedă un dezavantajesenţial: asigur ă o eroare relativ mare la dozare - 5-10 %, care se explică prinfaptul, că cantitatea de materiale depinde nu numai de volumul, ci şi de gradul dedensitate sau comprimare a materialului pe bandă.

Alimentatoarele cu dozare după greutate se caracterizează printr-o eroare maimică - 1-2 %. Ele se bazează, de asemenea, pe un conveier cu bandă scurtă şi cuacţionare electrică reglabilă a vitezei, însă banda în acest caz se sprijină în maimulte puncte pe nişte dinamometre sau traductoare tenzometrice, care permitemăsurarea masei materialului. Productivitatea (debitul masic) în acest caz sedetermină după masa materialului şi după viteza benzii transportoare, care poate fireglabilă.

11.2.3 Maşini de mărun ţire fină a materiilor prime dozate

Următoarea operaţie tehnologică principală a componentelor dozate constă înamestecarea şi mărun ţirea fină (măcinarea) lor, în rezultatul căreia ele setransformă într-un amestec de materii prime în forma unei f ăini. Această operaţiese efectuează cu ajutorul morilor de măcinare a materiilor prime, schematehnologică a uneia dintre ele fiind reprezentată în figura 11.12. Ea prevede însănu numai măcinarea, ci şi uscarea concomitentă a amestecului, transportat de cătreun conveier cu bandă 1 în buncărul 2 de repartizare către 2 mori identice 4.Încărcarea reglabilă a lor, conform productivităţii necesare, se efectuează cuajutorul dozatoarelor 3. Uscarea amestecului însă poate fi f ăcută în 2 variante: sau prin gazele de ieşire ale cuptorului rotativ principal de ardere a clincherului, sau prin gazele unei camere de ardere proprie 16, prevăzută cu un ventilator de r ăcire acorpului ei 14 şi cu un ventilator de susţinere a arderii 15.




Fig. 11.12. Schema tehnologică a secţiei de măcinare a materiilor prime

Morile 4 au o formă cilindrică cu diametrul 4,2m şi lungimea de 10m şi serotesc cu o viteză de 15,6 rot/min cu ajutorul unui motor sincron de 2000 kW.Măcinarea se efectuează cu ajutorul unor bile sferice sau cilindrice. La rotireatamburului aceste bile se ridică doar până la un anumit unghi, apoi cad când for ţagravitaţională devine mai mare decât for ţa centrifugală, sf ărâmând bulgării deamestec şi apoi mărunţind tot conţinutul lui. Gazele de uscare, sub acţiuneaaspiratorului 17, preiau particulele mărunţite, trecându-le prin separatorul 5 şicicloanele de cur ăţire şi sedimentare 6.Separatorul asigur ă un ciclu închis de măcinare, reîntorcând la intrarea morilor particulele de amestec cu dimensiuni relative mai mari şi permiţând să treacă sprecicloane particulele mărunţite bine. Un astfel de principiu închis îmbunătăţeşte

calitatea măcinării, care influenţează asupra calităţii produsului final. Cicloanele 6separ ă aerul de aspiraţie faţă de f ăina măcinată, care cade în buncărul 8 al pompelor pneumatice cu două camere 9. Acestea din urmă o transportă apoi printr-o conductă în silozurile de amestecare. Particulele de f ăină r ămase în aerulde aspiraţie de la ieşirea cicloanelor sunt separate prin treapta a doua – filtrulelectric УГ -3-88, fiind apoi reîntoarse în buncărul de repartizare 8 prin intermediulconveierului 10 şi pompa pneumatică cu 2 camere. Gazele r ămase de la ieşireafiltrului sunt apoi evacuate în atmosfer ă prin exhaustorul 18, plasat lângă coşul defum de o înălţime de 185 m şi acţionat de un motor de o putere de 1000 kW.

Morile au, de regulă, câteva camere În prima camer ă bucăţile de materie audimensiuni mai mari şi necesită lovituri mai puternice, de aceea bilele au undiametru şi o masă mai mare (100 mm şi 5-6kg). În camera a doua, evident că




aceste dimensiuni pot fi micşorate, iar bilele sferice pot fi înlocuite cu celecilindrice, care au suprafaţa de contact mai mare, iar ca urmare asigur ă o mărunţiremai calitativă. Încărcarea – descărcarea continuă a materialului supus măcinăriieste axială pe la capetele tamburului. Deplasarea lui de-a lungul tamburului are locla rotire şi sub acţiunea presiunii materialului nou-introdus, care-l împinge pe cel

introdus anterior.Productivitatea morii depinde de duritatea materialului şi de viteza de rotaţie aei. Alegerea corectă a acestei viteze este determinată însă nu numai de asigurareaunei productivităţi dorite, ci şi de calitatea, ba chiar posibilitatea măcinării ca atare.Aceasta se explică prin faptul, că la o viteză mai mică decât cea necesar ă, bilele seridică la o înălţime insuficientă, care condiţionează la cădere o for ţă de lovire micăşi o calitate de măcinare redusă. La o viteză mai mare decât cea optimă, for ţacentrifugă poate depăşi substanţial for ţa de greutate a bilelor, iar ca urmare ele sevor lipi de suprafaţa periferică interioar ă a tamburului, rotindu-se împreună cu

acesta, f ăr ă a mai cădea şi a lovi materialul, adică f ăr ă nici o măcinare.Se ştie, că for ţa centrifugă este direct propor ţională cu masa bilelor m, pătratulvitezei liniare a tamburului v şi invers propor ţională cu raza acestuia R:

Fc=mv2/R,iar viteza liniar ă v este determinată de turaţia tamburului n:

v=2πRn/60,Ca urmare, odată cu creşterea razei tamburului, viteza lui optimă de rotaţie trebuiesă se micşoreze pentru a menţine constantă for ţa centrifugă necesar ă. Reieşind dinaceste considerente, a fost stabilită o formulă empirică, care determină turaţiaoptimă în funcţie de diametrul tamburului D: n=32 D .

În figura 11.13 sunt prezentate aspectul general şi dispozitivele de încărcare şidescărcare a morii de măcinare a materiilor prime, care are aceeaşi construcţie, principiu de funcţionare şi acţionare ca şi morile de măcinare a clincherului şiadausurilor. Moara este constituită din tamburul 1, dispozitivele de încărcare 2 şidescărcare 5, camerele de descărcare 6, acţionarea electrică principală 10 şiauxiliar ă 12, reductorul 8. Pentru încărcarea tamburului cu bile sunt prevăzutecapacele 4. În scuturile laterale 16 sunt f ăcute orificiile de încărcare 13 şidescărcare 28 a tamburului cu ciment.

a)




b)Fig. 11.13 Construcţia morilor de măcinare a clincherului, adausurilor şi materiilor

prime şi a dispozitivelor de încărcare – descărcare a lor

Dispozitivele de încărcare I şi descărcare II conţin mai multe elementeconstructive, unele dintre care sunt comune: bucşele 14 şi paletele de direcţionare acimentului 15 (fig, 11,13, b). Dispozitivul de descărcare însă conţine mai multeelemente, inclusiv sitele de descărcare 21 şi de separare a particulelor măşcate 26,capacul 24 cu orificiile 25.

Înf ăşurarea statorică de curent alternativ a motorului sincron de 2000 kW este proiectată la o tensiune înaltă de 6000 V, iar înf ăşurarea rotorică de excitaţie estealimentată de la un redresor comandat în punte trifazată tiristorizată de tensiune joasă şi un curent nominal de 320 A. Viteza constantă a motorului este micşorată până la valoarea optimă necesar ă cu ajutorul unui reductor. Acest reductor însă areo masă şi gabarite chiar mai mari ca însăşi gabaritele motorului de acţionare.

11.2.4 Instalaţii de corectare a conţinutului chimic şi amestecare a materiilorprime

Pentru obţinerea unui clincher de calitate înaltă amestecul de materii prime(şarja) trebuie să fie uniform şi să aibă un conţinut chimic anumit, în primul rândîn ceea ce priveşte carbonatul de calciu CaCO3. Operaţiile de corectare, amestecareşi omogenizare a conţinutului chimic constituie ultimele operaţii de pregătire amateriilor prime, efectuate în nişte silozuri speciale de amestecare cu 2 niveluri şicapacitate mare (fig. 11.14 ). Pentru o rezervă bună a cuptorului principal deardere în fiecare nivel sunt prevăzute de fapt câte două silozuri identice, însă cucapacităţi diferite: 2000t şi 5000 t. Nivelul de sus se numeşte de amestecare, iar cel de jos – de consumare. În scopul unei flexibilităţi tehnologice bune, sunt

prevăzute nişte conducte pneumatice 6, care permit orientarea f ăinii din oricaresiloz de amestecare în oricare siloz de consumare, precum şi nişte conveierereversibile de tip şnec 9, care pot transfera f ăina din oricare siloz de consumare în




unul din cele două coşuri de descărcare 10, Corectarea conţinutului chimic seefectuează cu ajutorul unor rezervoare speciale de materii prime adăugătoare cuconţinut bogat sau sărac de CaCO3, care pot fi conectate la silozurile de amestecare prin comutatoarele cu două poziţii 1, cuplate de asemenea, şi la conductele deieşire ale morilor. Omogenizarea şarjei se face prin amestecarea ei cu aer

comprimat, aplicat la fundul silozurilor de amestecare cu o presiune de 1atm, iar lafundul silozurilor de consumare – 3atm, deoarece înălţimea lor este diferită. Aerulcomprimat este pompat de către compresoarele centrifugale 14 şi 15. Descărcareasilozurilor de jos se face cu o presiune mai mică de – 0,4 bar.

Transportarea f ăinii spre cuptorul de ardere se realizează, de asemenea, cu aer comprimat al suflantelor 13 şi prin camera 11.

.

Fig. 11.14. Instalaţii de corectare şi amestecare




11.3 Procese ş i utilaje de ardere a amestecului de materii prime ş iob ţinere a clincherului

Schema tehnologică a secţiei principale a uzinei, în care cuptorul rotativ deardere a amestecului de materii prime constituie elementul principal, este

reprezentată în figura 11.15. În afar ă de cuptor, în această secţie mai intr ăschimbătoarele de căldur ă cu cicloane prin care se alimentează cuptorul cu materii prime, utilajele de alimentare cu gaz combustibil şi cu aer, instalaţia de r ăcire aclincherului şi aspiratoarele de gaze. Clincherul este rezultatul unor reacţiichimice dintre principalele materii prime, care sunt posibile doar la ridicareatemperaturii până la valori înalte (1300–14500C), când are loc transformareamaterialelor solide în lichide. Calitatea clincherului şi proprietăţile cimentuluidepind de mai mulţi factori: de proprietăţile fizice şi chimice ale şarjei, tipul şicalitatea combustibilului, temperatura şi durata procesului de ardere, viteza de

r ăcire.

Fig. 11.15. Schema tehnologică a secţiei principale de ardere a materiilor prime

Pentru a micşora consumul de energie termică şarja nu se aplică direct încuptor, ci se încălzeşte în prealabil cu ajutorul a două secţii paralele deschimbătoare de căldur ă de construcţie ciclon, constituită din 4 trepte fiecare (Iст – IVст.). Încălzirea prealabilă se efectuează prin recuperarea căldurii gazelor deardere de la ieşirea cuptorului. Această recuperare de căldur ă se realizeazădeplasând în sens opus şarja şi gazele de ardere.




Construcţia şi principiul de recuperare a căldurii într-o singur ă secţie aschimbătoarelor de căldur ă, alimentate prin elevatorul 17 şi dozatoarele 18-19,sunt prezentate în figura 11.16. Deoarece temperatura gazelor la ieşirea din cuptor este relativ mare, primele trei secţii ale cicloanelor (4, 5 şi 9), sunt că ptuşite îninterior cu căr ămidă refractar ă. Aceste cicloane au dimensiuni relativ mari - 6–7 m

în diametru şi 10–12 m în înălţime. Ele se unesc consecutiv prin nişte hornuri cudimensiuni cam de 2 ori mai mici. Şarja se introduce în hornul 8, care uneştecicloanele superioare 9 şi 7. Fiind preluată de presiunea gazelor de ieşire aletreptei a III, ea nimereşte în ciclonul 7 al ultimei trepte IV, primind prima por ţie decăldur ă. În ciclonul 7 f ăina este separată de gazele de ardere, scurgându-se înhornul 6, iar gazele de ardere sunt aruncate în atmosfer ă după o cur ăţire repetată încicloanele 11 şi filtrul electric 14. Gazele de ieşire ale schimbătorului de căldur ă 5 preiau în mod analogic f ăina, transmiţându-i o nouă por ţie de căldur ă şi ducând–ocu sine în ciclonul 9 al treptei III. În acest ciclon faina este separată de gaze în mod

analogic, scurgându-se mai întâi în treapta II, iar apoi în treapta I, de undenimereşte în cuptorul 1. În rezultat, temperatura gazelor se micşorează de la 800 – 8500C la ieşirea din cuptor până la 320-3400C la ieşirea din ultima treaptă IV, iar şarja atinge la intrarea în cuptor 600 - 7000C.

Fig. 11.16. Principiul de recuperare a căldurii




Secţiile de dozare de producţie germană „Schenk” au la bază principiul decântărire, realizat cu traductoare tenzometrice, regulator de masă şi o supapă dereglare a şarjei.

În cuptorul rotativ, cu o lungime de 95 m şi un unghi de înclinaţie de 3,50deplasarea gazelor de ardere şi a şarjei, de asemenea, are loc în contrasens.

Arzătoarele de gaz sunt plasate în partea de jos a tamburului, iar şarja se aplică în partea de sus. În rezultat amestecul de materii prime trece în cuptor prin 4 zone:I zonă – de descompunere a CaCO3 în CaO şi CO2, ( la 800-11000C);II zonă – de obţinere a bisilicatului de calciu 2CaOSiO2 ( la 1100- 13000C);III zonă – de topire şi obţinere a clincherului ( la 1300 -14500C);IV zonă – de r ăcire a clincherului (1450 – 10000 C).Ultima zonă asigur ă o r ăcire lentă a clincherului topit, însă r ăcirea rapidă şi

finală se face în instalaţia de r ăcire 6 (”VOLGA”) cu ajutorul unor fluxuri puternice de aer, suflate de ventilatoarele 7, 8 şi 9 (fig. 11.15). Partea principală a

instalaţiei de r ăcire o constituie un gră tar, pe care se deplasează continuuclincherul. Acest gr ătar este suflat dedesubt de nişte fluxuri puternice de aer rece,care şi r ăcesc clincherul. Acesta din urmă, apoi este sf ărâmat şi mărunţit de maşinispeciale cu ciocane 10. Aerul încălzit de clincher, numit şi aer secund, seutilizează apoi pentru susţinerea arderii gazului în cuptor. Prin acest aer serecuperează o bună parte din căldur ă absorbită de clincher, ceea ce măreşterandamentul termic al cuptorului. Însă pentru r ăcirea clincherului se foloseşte maimult aer, decât este necesar pentru arderea gazului. De aceea aerul în surplus de laieşirea r ăcitorului, cu o temperatur ă de 1500C se cur ăţă în filtrul electricУГ2 -4-74,iar apoi este aruncat de către aspiratorul 15 în coşul de fum.

După r ăcire şi mărunţire clincherul este transportat de conveierul cu căuşe pe banda 11 în silozurile de depozitare 12, care au o capacitate relativ mare (7000 t).

11.4. M ăcinarea clincherului ş i adaosurilor ş i ob ţinerea cimentuluiportland

Măcinarea clincherului şi adausurilor de ghips şi zgur ă încheie procesultehnologic de producere a cimentului portland, însă această operaţie este anticipatăde operaţiile de pregătire a adausurilor. Luând în consideraţie dimensiunile mariale pietrelor de ghips, aduse de la cariera din Cricova, pregătirea ghipsului selimitează doar la sf ărâmarea lor cu ajutorul unor maşini speciale cu ciocane de o productivitate de 150 t/h. După mărunţire ghipsul este transportat de către unsistem de conveiere cu bandă în silozurile de depozitare. Eliminarea prafului deghips în locurile lui de cădere se efectuează cu ajutorul cicloanelor şi filtrelor cu bariere din ţesături.

Zgura importată conţine o cantitate ridicată de umiditate, de aceea pregătireaei prevede, în afar ă de mărunţire, un proces de uscare. Schema tehnologică demărunţire şi uscare a zgurii este identică cu cea a lutului (fig. 11.9).

Clincherul constituie componenta principală a cimentului portland - 80–82 %, pe când zgura – 17±2 %, iar ghipsul de la 1-3,5 %. Pentru descărcarea reglabilă aacestor componente din silozurile corespunzătoare şi respectarea acestor propor ţii




sunt utilizate dozatoarele 1 (fig. 11.17). După dozare, aceste componente sunttransportate de către un sistem de conveiere cu banda 2 în buncărul de alimentare amorii 3. După proiect sunt instalate 2 mori tubulare de măcinare a cimentului cuun diametru de 4m, o lungime de 13,5m şi o productivitate de 100 t/h, una dintrecare se află în rezervă.

După principiul de măcinare morile de ciment nu se deosebesc mult faţă demorile amestecului de materii prime (fig, 11.13). O deosebire totuşi a morilor deciment constă în funcţionarea lor după un ciclu deschis, adică f ăr ă separare şireîntoarcerea a bucăţilor măşcate la intrare. În afar ă de aceasta, motorul sincronde acţionarea acestor mori are o putere mai mare – 3200 kW, 10 kV, care estedeterminată de o duritate mai înaltă a clincherului, de cerinţe mai riguroase în ceeace priveşte gradul de măcinare, precum şi de o lungime mai mare a morii. Pentruventilarea şi crearea unei subpresiuni în interiorul morilor este folosit câte unaspirator 7 de o putere de o 132 kW, înaintea căruia sunt instalate cicloanele de

curăţ ire 6 şi filtrele cu separare prin textile speciale. Turaţia constantă atamburului este egală cu 16,1 rot/min, obţinută prin micşorarea turaţiei motoruluisincron 500 rot/min cu ajutorul unui reductor. Excitaţia motorului sincron deacţionare principală este asigurată de un convertor de curent continuu de tipul TE-8cu un curent redresat de 320 A.

După măcinare, cimentul este transportat prin conducte închise şi cu ajutorulaerului comprimat în silozurile de păstrare 5, utilizând pentru aceasta compresoarecu rotoare elicoidale şi de pompe pneumatice 4 cu 2 camere.

Fig. 11.17. Secţia de măcinare a clincherului şi obţinere a cimentului la uzina dinRezina




11.5 Mecanisme de transport continuu a materialelor

11.5.1.Conveiere cu bandă transportoareUzina de ciment din Rezina este situată într-o vale îngustă dintre două dealuri,

de aceea are o lungime de câţiva kilometri. În legătur ă cu aceasta unele secţii, mai

ales cele de pregătire a materiei prime, sunt distanţate mult una faţă de alta.O altă particularitate a uzinei este legată de crearea şi depozitarea unor rezervemari de materii prime, necesar ă pentru funcţionarea continuă şi neîntreruptă îndiferite situaţii imprevizibile. Pentru aceasta este nevoie de a prelucra o cantitatefoarte mare de materiale de construcţie şi de a le transporta de mai multe ori de la ooperaţie tehnologică la alta, sau de la o secţie la alta, folosind conveiere cu bandă(fig. 11 18). În total la uzină sunt utilizate 32 astfel de conveiere, majoritatea dintrecare sunt plasate în secţiile de pregătire a materialelor, de exemplu:

Secţia de sf ărâmare şi uscare a pietrei de var – 7conveiere,

Secţia de sf ărâmare şi uscare a lutului – 5 conveiere, Secţia de uscare a zgurii – 6 conveiere, Secţia de sf ărâmare a pietrei de ghips – 4 conveiere, Secţia de pregătire şi transportare a adausurilor – 2 conveiere.

În legătur ă cu aceasta în secţiile de pregătire a materiilor prime este asamblată ogalerie întreagă de benzi transportoare sub acelaşi acoperiş (fig. 11.8). O galerieasemănătoare transportă materiile prime către secţiile principale ale uzinei.

Fig. 11.18. Por ţiune de bandă transportoare a materiilor primeCele mai productive sunt benzile de transportare a pietrei de var, care au o

productivitate de 1000 t/h, o lăţime de 1400 mm şi o putere a motoarelor 75-132kW.Celelalte benzi transportoare au parametri de 3-4 ori mai mici.

Toate aceste conveiere sunt constituite dintr-o bandă neîntreruptă cu 2suprafeţe – una superioară de transportare a materialului, numită de lucru, şi altainferioară de retur (goală), care înf ăşoar ă la un capăt tamburul de acţionare, iar lacelălalt capăt-tamburul de tensionare. Ambele suprafeţe ale benzii sunt sprijinitede nişte role, care se rotesc sub acţiunea mişcării benzii, micşorând astfel for ţele






11.5.3. Compresoare elicoidale de aer

Există mai multe tipuri de compresoare, care se deosebesc prin principiiconstructive şi de funcţionare, precum şi prin parametri de ieşire diferiţi. După

criteriul constructiv şi de funcţionare compresoarele se clasifică în 4 grupe principale: cu piston; rotorice (elicoidale); centrifugale; axiale. În industriacimentului suflantele centrifugale se folosesc pentru amestecarea şi transportareaf ăinii de materii prime, iar compresoarele cu 2 rotoare elicoidale – latransportarea pneumatică a cimentului.

Compresoarele elicoidale frigorifice au fost descrise pe scurt în capitolul 4,de aceea în figura 11.20, prezentată cu 3 proiecţii, sunt aduse unele detaliiconstructive. Elementele de lucru sunt cele 2 rotoare elicoidale apropiate şi înformă de melc cu profiluri speciale şi diferite: unul cu 4 ieşiri sferice sau dinţi, iar

altul cu 6 adâncituri circulare ca o roată dinţată specială (vezi secţiunea A-A). Larotirea rotoarelor în sensuri diferite dinţii intr ă periodic în adâncituri, însă f ăr ă uncontact mecanic şi f ăr ă frecare, ca la reductoare cu roţi dinţate, ceea ce excludeuzura lor. Camerele de comprimare a aerului se formează între suprafeţeleelicoidale cu dinţi şi crestături, precum şi pereţii interiori ai corpuluicompresorului. Când dinţii ies din crestături, are loc creşterea volumului camerelor şi aspiraţia aerului. Acest proces de absorbţie se termină, când volumul camerelor respective atinge valoarea maximă. Apoi începe procesul invers de intrare treptatăa dinţilor în crestături, în decursul căruia camerele de lucru sunt deja izolate deracordul de absorbţie şi de împingere. În rezultat volumul camerelor începe să semicşoreze, iar presiunea aerului - să crească. Când comprimarea aerului atingevaloarea maximă,camerele ajung îndreptul racordului deieşire, legat cuconducta de refulare(presiune).

Aşa dar, dinţiielicoidali ai primuluirotor îndeplinescfuncţia pistoanelor decomprimare a aerului.Însă la o viteză de 3000rot/min se degajă ocantitate foarte mare decăldur ă, de aceea estenevoie de o r ăcire for ţată.

Fig. 11.20. Construcţia compresorului cu 2 rotoare elicoidale

În practică r ăcirea acestor compresoare se realizează în 2 variante: exterioară




- printr-o cămaşă adăugătoare cu apă rece, şi interioară - amestecând aerulabsorbit cu ulei, care după încălzire se r ăceşte în exterior, la rândul său, fiind apoireîntors.

Schema tehnologică a compresorului BK- 40 cu 2 r ăcire interioar ă prin uleieste reprezentată în figura 11.21. Aerul absorbit din atmosfer ă este trecut prin

filtrul 1, supapa comandată de absorbţie 2, nimerind apoi la intrarea rotoarelor elicoidale 16, unde se amestecă cu uleiul de r ăcire. După comprimare, amesteculde aer şi ulei nimereşte sub presiune în resiverul de ulei 9, în care are loc primatreaptă de separare par ţială a lor. Uleiul, fiind o fracţie mai grea, sedimentează şi sescurge la fundul resiverului. Apoi el se scurge în radiatorul de r ăcire 11, după careeste filtrat în filtrul 14 şi absorbit din nou împreună cu aerul proaspăt. Aerul dejacomprimat din resiver nimereşte în filtrul – separator 8, în care are loc separareafinală a uleiului r ămas în aer. După aceasta aerul de compresiune este r ăcit înacelaşi radiator 11 (până la 45±100C) şi îndreptat spre conducta de ieşire cu o

r ămăşiţă foarte neînsemnată a particulelor de ulei (mai mic 3mg/m3

). Dacă presiunea aerului de ieşire atinge valoarea maximă, acţionează releul de presiune18, care prin intermediul supapelor de comandă 3 conectează blocul de absorbţie 2la ieşirea compresorului. Ca urmare, motorul compresorului trece în regim de mersîn gol. Dacă în decurs de 5min presiunea în conducta de ieşire nu scade (din cauzaabsenţei consumului), schema de comandă a motorului îl deconectează de la reţea.

Fig. 11.21. Schema tehnologică a compresorului elicoidal BK-40




11.6 Sistemul de ac ţionare electric ă reglabil ă ş i de automatizare alcuptorului rotativ de producere a cimentului la uzina din Rezina

11.6.1 Caracteristica şi schema generală

Sistemul vechi de acţionare electrică a cuptorului rotativ de producere acimentului, introdus în exploatare încă prin anii 1980, odată cu construcţia uzineidin Rezina, era realizat cu 2 motoare asincrone cu rotorul bobinat de 320 kW şi6000 V, viteza cărora se regla în 3 trepte constante prin introducerea unor reostateadăugătoare în circuitul rotoric (fig. 11.22). Însă această variantă era însoţită de pierderi foarte mari în reostatele rotorice de reglare şi de un randament relativscăzut. De ceea după privatizarea uzinei de către compania franceză LAFARGE,această acţionare a fost înlocuită cu una modernă, bazată pe reglarea în frecvenţăşi tensiune a două motoarelor asincrone în scurtcircuit de tensiune joasă – 690 V

şi de o putere de 630 kW. Schema cinematică însă, reprezentată în figura 11.23şi evidenţiată printr-o linie ondulată închisă, a r ămas aceeaşi. În afar ă de motoarele principale, amplasate de ambele păr ţi ale cuptorului, ea mai prevede 2 motoareauxiliare nereglabile şi de o putere mult mai mică.

Fig.11.22. Schema electrică Fig. 11.23. Schema cinematică a acţionării clasiceclasică de acţionare

Conform cerinţelor tehnologice, acţionarea principală trebuie să asigurecuptorului un diapazon de reglare în limitele 0,5-1,5 rot/min. De aceea vitezaînaltă a motoarelor este micşorată mai întâi de un reductor obişnuit cu 2 perechi de

Q 1

K 1

F2

F3

M3

r 3

r 2

r 1

K 4 K 4

K 3 K 3

K 2 K 2

R 2 0

R 2 3

R 2 2

R 2 1




roţi dinţate, apoi de roata dinţată mare, fixată rigid pe diametrul exterior alcuptorului, care asigur ă rotirea acestuia (vezi săgeata de rotire din fig. 11.24).Motoarele auxiliare sunt înzestrate cu câte un reductor adăugător, deoarece eletrebuie să asigure o viteză de 7-10 - ori mai mică în timpul încălzirii îndelungate(6-8 ore) până temperatura cuptorului ajunge la valoarea nominală de 1350-

1400°C.Schema cinematică a acţionărilor din figura 11.23 reprezintă a partecomponentă din schema constructivă generală şi cinematică a cuptoruluirotativ în două proiecţii (laterală şi de sus), indicate in figura 11.24. Acest cuptor se roteşte pe 4 suporturi cu role sau pile (1-4), repartizate uniform de-a lungullui. Rulmenţii acestor suporturi, care preiau asupra lor toată greutatea cuptorului,necesită o ungere permanentă şi puternică. Pentru acesta fiecare suport este dotatcu un agregat individual de ungere cu ulei, constituit dintr-un motor şi o pompăcentrifugală. Uleiul de ungere este identificat în proiecţia de sus prin culoare

violetă.Arză toarele de gaz sunt amplasate in partea de jos a cuptorului, flacăra lor fiind reprezentată prin culoare roşie. Aerul necesar pentru susţinerea arderii esteasigurat de către ventilatoarele de răcire a clincherului, asigurând astfel orecuperare a energiei termice acumulate la arderea şarjei. Aceste ventilatoare suntindicate în partea dreaptă a proiecţiei de jos. Deplasarea şarjei şi a clincheruluieste indicată prin săgeţi roşii. Gazele de ardere, care se deplasează în sens opus,sunt reprezentate prin culoare cafenie.

Partea exterioară a cuptorului cu temperatura cea mai înaltă (1300 – 1450ºC în interior) este r ăcită cu un şir de ventilatoare exterioare (24 la număr)de putere mică, care sunt repartizate uniform de-a lungul acestei păr ţi în proiecţiade jos. Motoarele ventilatoarelor de r ăcire exterioar ă sunt indicate prin M şiculoare neagr ă, iar direcţia aerului de r ăcire – prin săgeţi perpendiculare de culoarealbastr ă.

Schema generală constructivă şi cinematică din figura 11.24 reprezintătotodată şi schema generală de automatizare computerizată a cuptorului. Deaceea toate elementele reprezentate în această schemă sunt codificate înconformitate cu schemele de automatizare. Codurile respective sunt indicate lângăfiecare element într-un pentagon sau elipsoid de culoare verde deschisă. În acestenotaţii pentagoanele corespund nivelului 5, iar elipsoidele – nivelului 6 alsistemului de automatizare. Unele din ele însă nu sunt asociate de nici un elementdin schemă, parcă ar fi suspendate în aer. Ele corespund sistemului special demăsurare şi controlare prin radiaţie a temperaturii exterioare în zoneleprincipale ale cuptorului. Elementele acestui sistem nu sunt indicate în figura11.24.

Fig. 11.24 Schema constructivă , cinematică şi de automatizare generală acuptorului rotativ de producere a cimentului la uzina din Rezina.







11.6.2 Schema electrică generală a sistemului de acţionare a cuptorului

În acţionările electrice reglabile din industria cimentului se folosesc, de regulă,convertizoarele de frecvenţă ACS 800 şi ACS 1000 ale corporaţiei europeneABB, care sunt unele din cele mai performante convertizoare existente în

momentul de faţă pe piaţa mondială. Ele au fost descrise în capitolul 3.În figura 11.25 este reprezentată schema generală de acţionare electricăreglabilă a celor 2 motoare principale M1 şi M2 de o putere de 630 kW şi otensiune de 690 V, ale cuptorului rotitor de producere a cimentului la uzina dinRezina, realizată cu convertoarele de frecvenţă F31 de tipul ACS 800.. Acesteconvertoare asigur ă o reglare a vitezei motoarelor în 2 zone: de la 0 la 1000rot/min – cu cuplul constant şi cu reglaj propor ţional în tensiune şi fregvenţă, iar dela 1000 până la 1500 rot/min – cu flux magnetic şi cuplu micşorat prin majorareanumai a fregvenţei, păstrând tensiunea constantă la valoarea nominală. În aceste

motoare sînt încorporate câteva elemente: Un traductor discret de măsurare a vitezei; Termorezistenţe de măsurare a temperaturii statorului PT 100 din platină, Un servomotor al ventilatorului de r ăcire for ţată; Frâna electromagnetică E1 cu tensiune de alimentare ~230 V.

Ventilatoarelor motoarelor principale asigur ă o r ăcire constantă a acestora,deoarece autoventilarea la viteze mici este de regulă insuficientă. Acesteventilatoare precum şi ventilatoarele motoarelor auxiliare, se alimentează prinintermediul transformatoarelor T10 de coborâre a tensiunilor 720/380 V. Frânele

electromagnetice ale tuturor motoarelor au o şină separată de alimentare ~230 V,semnalizată cu lămpi şi protejată la scurtcircuit cu întrerupătoare automate.Convertoarele de fregvenţă sînt prevăzute cu filtre inductive la ieşire pentru

minimizarea armonicilor superioare ale curentului statoric. Alimentarea acestorconvertoare se efectuează prin contactoarele electromagnetice de intrare K1 şi prinsiguranţe fuzibile ultrapide de la transformatorul de putere 1400 kVA, cu 2înf ăşur ări în secundar la o tensiune de 720 V. Transformatorul se conectează larândul sau la reţeaua de tensiune înaltă de 6 kV, prin întrerupătorul cu ulei şi cuacţionare electrică a contactelor sale. Sistemul de comandă al convertizoarelor sealimentează de la o sursă de tensiune specială ~230V f ără întreruperi (UPS),constituită dintr-un invertor autonom de tensiune cu baterie de acumulatoare laintrare.

Convertizoarele de frecvenţă se reglează şi se comandă de la distanţă cuajutorul unui bloc separat Remote Control Unit şi printr-un canal de fibre optice.Legătura şi sincronizarea între convertoare se efectuează, de asemenea, prin fibreoptice. Conectarea convertizoarelor şi a dispozitivelor lor principale la sistemul deautomatizare SIMATIC PCS 7 al companiei Siemens şi se realizează prin reţeauaPROFIBUS. Un cablu special este prevăzut pentru deconectarea avariată aconvertoarelor de fregvenţă - Emergency stop.




Fig. 11.25. Schema electrică generală de acţionare reglabilă a cuptorului rotativ




11.6.3 Sistemul de automatizare al procesului tehnologic de producere acimentului

Ţinând cont de temperatura înaltă din jurul cuptorului şi de praful agresiv de

ciment, compania LAFARGE CEMENT a modernizat nu numai sistemul deacţionare al cuptorului, ci a elaborat, de asemenea, un nou sistem de automatizarea secţiei principale a uzinei. Pentru aceasta a fost utilizat unul din cele mai performante sisteme complexe industriale de automatizare - sistemul SIMATICPCS S7 al companiei germane SIEMENS. Acest sistem este bazat pe utilizareaunui controler programabil logic SIMATIC S7 400, ca element central deconducere automatizată (MASTER) a mai multor subsisteme de diferite niveluri:inferior (acţionări electrice şi controlere programabile locale) şi superior (în cadrulîntreprinderii în ansamblu). Toate aceste subsisteme sînt legate prin reţeaua de

automatizare complexă PROFIBUS împreună cu panourile operatorului (OP) şialte echipamente ale sistemului SINATIC HMI (Human Machine Interface) (fig.11.26).

Fig. 11.26 Dispeceratul central al uzinei cu panouri ale operatorului şi monitoarecu ecran mare din componenţa sistemului complex de automatizare SIMATIC

PSC 7 al companiei SIEMENS




Sistemul de automatizare complexă SIMATIC PCS 7 a proceselor şiutilajelor de producere a cimentuluii cuprinde următoarele componente principalele:

Acţionările principale şi auxiliare ale cuptorului;

Schimbătoarele de recuperare a căldurii gazelor de ardere din cuptor;

Arză torul şi instalaţia de răcire a clincherului şi de desprăfuire.Fiecare din aceste componente are, la rândul său, schema sa şi elementele sale

de automatizare, controlate de un controler programabil. Elementele componenteale acţionărilor elecrtice ale cuptorului sunt indicate în schema generală din figura11.19. Traductoarele acestei scheme sunt incluse într-un tabel, în care esteidentificat codul, unităţile de măsur ă, diapazonul de lucru după paşaport, valorileminime şi maxime, depăşirea cărora este însoţită de generarea semnalelor dealarmă. De exemplu, în tabelul 11.1 sunt indicate traductoarele de control atemperaturii, presiunii şi nivelului uleiului de r ăcire a rulmenţilor suporturilor derotire a cuptorului.

Tabelul 11.1.Eng. Units Alarm LimitsLafarge Tag Low High Unit LL L H HH Remarks

316LTH35YT10 0 100 °C Indication316LU37YT10 0 100 °C Indication316LU39YT10 0 100 °C 60 70 HH = Pump Stop316LU44YT10 0 100 °C 60 70 HH = Pump Stop316TH35YP10 0 4 bar 5 20 125 150 HH = Pump Stop316LU37YP10 0 4 bar 3,5 4,0 HH = Pump Stop316LU39YP10 0 4 bar 0,1 0,15 0,5 0,6 HH = Pump Stop316LU44YP10 0 4 bar 0,1 0,15 0,5 0,6 HH = Pump Stop316KP07YT10 0 100 °C 60 70 HH=Kiln Main Drive

stop

316KP07YT11 0 100 °C 60 70 HH=Kiln Main Drivestop

316KP13YT20 0 100 °C 60 70 HH=Kiln Main Drivestop

316KP13YT21 0 100 °C 60 70 HH=Kiln Main Drive

stopÎn mod analogic se indică şi celelalte sisteme cu elementele lor componente.

Schema de automatizare a schimbătoarelor de căldur ă cu traductoarele ei,evidenţiate prin culoare verde, este reprezentată în figura 11.27. În aceastăschemă treapta a 1V de recuperare a căldurii gazelor de ardere este constituită din 4cicloane, iar fluxul de deplasare a şarjei în schimbătoare este evidenţiat cu săgeţide culoare roşie. În acest caz se măsoar ă temperatura şarjei şi a gazelor în fiecaretreaptă, presiunea gazelor, precum şi componenţa chimică a acestor gaze: O2, CO, NO, SO2. Presiunea gazelor se măsoar ă cu ajutorul traductoarelor analogiceVEGABAR 53 cu semnal de ieşire 4-20 mA, iar componenţa gazelor – cu ajutorulanalizatoarelor de gaze.




Fig. 11.27 Schema de automatizare a schimbă toarelor de căldură

Traductoarele VEGABAR 53 pot măsura atât presiunea, cât şi nivelul, deoarece

au un senzor capacitiv 3 (fig. 11.28, a). Partea electronică 2 permite prevede ointerfaţă cu calculatorul şi montarea pe capac a unui modul PLISCOM 1 cu undisplay de afişare a indicaţiilor şi cu 4 taste de comandă şi diagnosticare (fig.11.23, b).

a)

Fig. 11.28. Traductor VEGABAR 53 de măsurare şi indicare a presiunii şinivelului



12. UTILAJE TEHNOLOGICE ŞI ACŢIONĂRI ELECTRICEDIN INDUSTRIA HÂRTIEI ŞI CARTONULUI

12.1 Principii tehnologice şi constructive generale

Hârtia a fost propusă în secolul al II e.n. de către chinezi, care s-au inspiratde la viespi, cum acestea amestecă lemnul cu apă pentru a-şi confecţiona cuibul.Progresul tehnico-ştiinţific de astăzi ar fi de neînchipuit f ăr ă hârtie. Însă mulţiconsumatori de hârtie sau carton nu-şi dau seama de tehnologia complicată şi deconsumul mare de energie electrică şi termică, necesare pentru producerea ei. Deexemplu, pentru a produce 1 t de carton sunt necesare :

Maculatur ă - 1,1 t ; Abur - 2 t ; Energie electrică – 500-700 kW ;

Apă curată - 15-20 m3

;Materia primă principală pentru producerea hârtiei şi cartonului o constituieceluloza, care se produce, la rândul ei, din lemn de pădure tare sau moale. Laexterior celuloza se aseamănă cu cartonul, având o culoare cafeniu deschisă, însăare o duritate mult mai mare, întrucât peste 60 % din conţinutul ei îl constituiefibrele lemnoase. Celuloza utilizată pentru producerea cartonului alb sau a hârtieide calitate înaltă se înălbeşte prin adăugarea unor substanţe înălbitoare, cum ar fide exemplu creta sau unele substanţe chimice.

Celuloza se produce la combinatele de celuloză şi hârtie, care includ, de

regulă, mai multe unităţi de producţie alăturate : fabrica de celuloză, fabrica dehârtie şi fabrica de carton. Există, de asemenea, şi fabrici de hârtie sau cartonseparate. În acest caz fabrica de celuloză pune la dispoziţia lor celuloza sa uscată,la care se mai adaugă o cantitate anumită de maculatur ă şi componente speciale.

La fabricile de celuloză buştenii de pădure se taie mai întâi în bucăţi maimici, care apoi se f ărâmiţează (polizează) până la o mărime de câţiva centimetri cuajutorul unor polizoare de putere mare (2500 4000 kW ), numite şi defibratoare. Necătând la mai multe variante constructive posibile ale acestor polizoare, (cu lanţ,în inel, cu presă), fiecare din ele conţine o piatr ă cilindrică mare şi dinţată, care se

roteşte cu viteză constantă cu ajutorul unor motoare asincrone sau sincrone detensiune înaltă şi putere mare. Defibratoarele prevăd, de asemenea, o acţionarereglabilă a buştenilor (de avans), care asigur ă o presiune optimă de apăsare a lor pesuprafaţa de contact a pietrei rotitoare în scopul polizării şi obţinerii piliturii delemn de anumite dimensiuni. Valoare acestei presiuni determină, de asemenea,consumul de energie al pietrei defibratorului.

Pilitura de lemn obţinută (fig. 12.1) este apoi amestecată cu apă şi supusăfierberii cu abur în nişte rezervoare mari, în care sunt adăugate nişte agenţi chimici pentru a despăr ţi fibrele de lemn (de celuloză). După aceasta fibrele sunt spălate,filtrate, cur ăţate de impurităţi şi murdăriri, obţinându-se astfel pasta de celuloză(fig. 12.2), utilizată pentru producerea cartonului. Pentru producerea hârtiei această pastă se înălbeşte cu ajutorul unor substanţe chimice (fig. 12.3).



12. I NDUSTRIA HÂRTIEI Ş I CARTONULUI 676

Fig.12.1 Pilitur ă de lemn ca materie primă pentru producerea celulozei

Fig. 12.2. Pastă de celuloză pentru producerea cartonului

Fig. 12.3. Pastă de celuloză pentru producerea hârtiei




Pentru fabricile îndepărtate pasta de celuloză se usucă într-o maşină specială.Celuloza uscată la ieşirea acestei maşini are forma unor plăci dreptunghiulare, careapoi se împachetează în baloturi uşor transportabile.

Principiile şi procesele tehnologice de producere a hârtiei şi cartonului sunt practic identice. Difer ă puţin doar numărul şi propor ţia materialelor componente,

precum şi utilajele de realizare a acestor procese. În particular, la fabricareacartonului numărul de componente este mai mic şi maşinile sunt mai simple,deoarece cerinţele faţă de carton sunt mai joase decât faţă de hârtie. Însă pentruobţinerea unor productivităţi mari şi pentru realizarea unui proces continuu atâthârtia, cât şi cartonul, se produc în formă de bandă cu o lăţime relativ mare - 3-5 mde carton şi 6-9 m de hârtie, care se înf ăşoar ă pe nişte rulouri mari (fig.12.4-12.5).

Fig.12.4 Carton fabricat de maşină şi înf ăşurat în suluri mari pentru a fi tăiate

Fig. 12.5. Hârtie fabricată şi înf ăşurată în suluri mari pentru a fi tăiate




Apoi aceste suluri se rebobinează pe rând într-un strung special, aflat înapropiere de maşina de fabricare, care le taie concomitent după dimensiuniledorite (fig. 12.6).

Fig. 12.6. Rulouri de hârtie tăiate după dimensiuni necesareRulourile fabricate la ieşirea maşinilor se formează mai întâi la începutul lor

în stare umedă pe o sită sau o pânză, pe care este împroşcată pasta cur ăţită deceluloză şi maculatur ă, puternic diluată în apă, asemănătoare cu smântâna, din careapoi se extrage apa, se usucă şi în final se înf ăşoar ă. Evident, că aceste procese deextragere a apei şi uscare decurg în mai multe etape, ceea ce măreşte lungimeatotală a maşinilor, care le efectuează continuu. Ca urmare, lungimea totală atuturor secţiilor acestor maşini variază de la 30 m la 70 m. În figura 12.7 este prezentată o vedere generală a unei maşini ruseşti de fabricare a cartonului de o productivitate relativ mică, în care se vede mai mul partea ei finală Această parteare practic o construcţie deschisă.

Fig. 12.7. Vedere generală asupra unei maşini ruseşti de fabricare a cartonului




Partea de mijloc a acestei maşini este reprezentată în figura 12.8, în care suntevidenţiate 2 nivele, deasupra cărora este montat un capac de colectare şi aspirarea aburului, degajat în procesul de uscare a benzii umede.

Fig.12.8 Partea de mijloc a maşinii ruseşti de fabricare a cartonului

În figura 12.9 este prezentată o maşină germană modernă de fabricare a hârtieicu o productivitate mare, care are o construcţie închisă şi compactă, Aceastămaşină este înzestrată în partea ei finală cu un sistem computerizat de scanare,analiză şi control on-line a calităţii hârtiei şi a parametrilor principali ai maşinii. Înaceastă figur ă este ar ătat unul din panourile de comandă ale operatorului.

Fig. 12.9. Vedere generală a unei maşini germane moderne de fabricare a hârtiei




12.2 Utilaje tehnologice de fabricare a cartonului şi hârtiei

Fabricile de hârtie şi carton sunt constituite din 2 secţii principale – depregă tire şi fabricare, la care se mai adaugă, de obicei, o secţie de prelucrare.Pentru fabrica de carton, de exemplu, secţia de prelucrare este de fapt secţia de

gofrare şi fabricare a ambalajelor din carton gofrat – un carton alcătuit din 3straturi, cel din mijloc fiind ondulat, iar cele de pe margini sunt netede [57-61].

12.2.1 Secţia de pregă tire a materialelor componente

Secţia de pregătire are ca scop principal mărunţirea în apă a maculaturii şicelulozei, cur ăţirea lor de impurităţi şi amestecarea cu apă şi alte soluţii pentruînălbire sau obţinere a altor proprietăţi necesare hârtiei sau cartonului. În final,după 3-4 trepte de mărunţire şi cur ăţire, se obţine o pastă puternic diluată, care

conţine aproximativ 90 98 % de apă şi 2 10 % de fibre lemnoase, obţinute dinceluloză şi din maculatur ă. La fabricarea cartonului de calitate în pastă se maiadaugă într-o cantitate relativ mică următoarele substanţe :

- Clei, într-o propor ţie de 4,5 kg/m3 , care măreşte rezistenţa la apă ;- Crohmal, într-o propor ţie de 4 kg/m3 , în scopul înălbirii şi a altor

proprietăţi ;- Caolin sau Glinoziom (sulfat de aluminiu), în propor ţie de 1,2 kg/m3 .

La fabricarea hârtiei în pasta cur ăţită de celuloză şi maculatur ă, pe lângăsubstanţele menţionate, în funcţie de destinaţia hârtiei, se mai folosesc şi alteadaosuri naturale sau artificiale, de exemplu creta – pentru albire, caolinul (unamestec de oxid de aluminiu şi sulfat de calciu) - pentru albire, luciu şi opacitate.Pentru a obţine o hârtie colorată se adaugă substanţe de colorare, vopsele, ca deexemplu, praf de lut. Toate aceste substanţe se adaugă şi se amestecă într-unrezervor special, numit malaxor. Însă înainte de toate acestea maculatura, utilizată pentru producerea hârtiei de calitate superioar ă, trebuie decolorată de cerneală saude vopseaua de tipar. Decolorarea ei se efectuează în nişte rezervoare (bazine)circulare mari, în care se adaugă să pun. Ca urmare, vopseaua se lipeşte de să pun şise ridică la suprafaţă în forma unei spume, care apoi se aspir ă cu aer şi seîndepărtează. Maculatura destinată pentru fabricarea cartonului sau a hârtiei detoaletă, nu este supusă unei astfel de cur ăţiri minuţioase.

În figura 12.10 este reprezentată schema tehnologică de fabricare acartonului la SA „Moldcarton” din Chişinău. Deoarece cartonul este mult mai grosdecât hârtia, el se produce prin presarea a 3 straturi umede unul peste altul, deaceea secţia de pregătire este constituită din 3 linii paralele şi identice def ărâmiţare, mărunţire, măcinare, cur ăţire şi amestecare a materialelor componente: o linie din celuloză pentru stratul superior, altă linie din maculatur ă curată pentrustratul de mijloc şi a treia linie din celuloză şi maculatur ă pentru stratul inferior,Însă datorită preţului relativ ridicat al celulozei, în timpul de faţă chiar şi stratulsuperior se formează dintr-o anumită propor ţie de celuloză şi maculatur ă. Laînceput ele se sf ărâmă în apă în propor ţie de 10-15 % , deoarece în acest caz estenecesar ă o putere mai mică a concasorului sau sf ărâmătorului hidraulicГРГ -40.




După prima treaptă de sf ărâmare, masa de maculatur ă şi celuloză se pompează într-un rezervor intermediar, unde concentraţia se micşorează până la 3-5 %, iar apoise cur ăţă de impurităţile cele mai mari în nişte cur ăţitoare centrifugale conice OM-02 (fig. 12.11, a). Apoi urmează treapta a doua de sf ărâmare în concasorulhidraulic ГРС -200 şi de cur ăţire sub presiune a impurităţilor mijlocii în sita

maşinilor de separare CMC-0,5.

Fig. 12.10. Schema tehnologică de fabricare a cartonului la S.A.„MOLDCARTON”

După aceasta masa se pompează într-un rezervor, în care se amestecă cu cleişi crohmal în concentraţia necesar ă. A treia şi ultima treaptă de mărunţire fină saumăcinare se efectuează în 2 mori cu discuriМДС -24, conectate în serie

a) b)Fig. 12.11. Variante constructive ale cur ăţitoarelor centrifugale conice




Ultima treaptă de cur ăţire se efectuează în 2 faze : mai întâi printr-o sită cuorificii mici şi într-o concentraţie mai mare – 10 %, după care masa se pompeazăîn rezervorul principal al maşinii. În faza a doua masa este cur ăţită de impurităţilecele mai mici cu ajutorul cur ăţitoarelor conice centrifugale (fig. 12.11, b), fiind pompată de 2 pompe de amestecare , conectate în serie .

Prima pompădiluează pasta de la 10 % până la o concentraţie de0,8-1,0 % şi o amestecăcu glinoziom, de aceea senumeşte pompă deamestecare. Ea are oconstrucţie specială,reprezentată în figura

12.12. Fig. 12.12. Aspectul constructiv al pompei de amestecareA doua treaptă a pompelor de amestecare 13 pompează pasta direct în

dispozitivul de alimentare 7 a maşinii de fabricare a cartonului, de aceea are oacţionare electrică reglabilă în buclă închisă cu debitmetrul 12 şi regulator destabilizare a debitului (fig. 12.13). Pasta puternic diluată este împroşcată pecilindrul perforat 8, însă o parte din ea se scurge liber în jos. Această parte estemăsurată de debitmetrul 11 pentru a asigura o reglare exactă a productivităţii,aplicând la intrarea regulatorului de debit diferenţa dintre semnalele debitmetrelor .

Fig. 12.13. Schema tehnologică a păr ţii de formare a benzii umede a cartonului




12.2.2 Maşini de fabricare a cartonului şi hârtiei

A doua secţie principală a fabricilor de hârtie sau carton o constituie maşinade fabricat hârtie (MFH) sau maşina de fabricat carton (MFC). După cum a fostmenţionat în paragraful precedent, aceste maşini conţin un număr mare de

mecanisme şi utilaje diferite, divizate în secţii şi integrate într-un proces tehnologicunic şi continuu. Unele din ele sunt înzestrate cu acţionări electrice reglabile, iar altele - nereglabile. Primele pot fi individuale şi în grup. Acestea din urmă suntlegate de formarea benzii umede şi uscarea ei, de aceea asigur ă aceeaşi vitezăliniar ă a benzii la toate mecanismele, precum şi o pornire, reglare şi opriresincronă a lor.

Din punct de vedere funcţional MFH şi MFC por fi divizate în 5 secţii principale (fig. 12.10) [57-61]:

– secţia sitei, care asigur ă formarea benzii umede;

– secţia de presare şi de extragere par ţială a apei; – secţia de uscare definitivă a benzii; – secţia de netezire şi formare calitativă a suprafeţei exterioare a benzii; – secţia de înf ăşurare a benzii în suluri mari.

Primele două secţii reprezintă partea umedă a maşinii, iar celelalte – parteauscată a ei, deoarece în prima secţie se îndepărtează 10 15 % din apă, în secţia de presare - 30 40 % , iar secţia de uscare – r ămăş iţa apei. Cele mai esenţiale deosebiriconstructive între MFH şi MFC se observă în partea de formare a benzii umede.

Banda umedă de hârtie se formează pe o sită mobilă plată, prin găurile căreia se

scurge 10-15 % din apă. O altă parte din apă este absorbită în nişte camere de subsită, în care se formează o subpresiune cu ajutorul unor pompe de vacuum (vid).Din aceste camere apa se scurge într-un rezervor special, de unde ea este apoi pompată în secţia de pregătire pentru reutilizare. De pe sită banda umedă este preluată şi transportată mai departe de o bandă mobilă de pâslă sau dintr-unmaterial sintetic. În secţiile de presare şi uscare se folosesc 2 pânze de transportare – una superioar ă şi alta inferioar ă,

Construcţia plată a sitei însă nu poate fi aplicată pentru MFC, deoarece eanu permite formarea cartonului din mai multe straturi – principalul mijloc de aobţine o grosime relativ mare a cartonului şi o greutate relativă 2200 600 /m . Înafar ă de aceasta, sita plată are o construcţie mai complicată şi ocupă o suprafaţămai mare. De aceea MFC conţine în partea umedă 7-8 cilindri perforaţi de 1metru în diametru, fiecare având motorul său de acţionare (fig. 12.10). Pasta decarton în acest caz este transpusă în partea superioar ă a fiecărui cilindru rotitor sub banda de pânză, care se deplasează în direcţie orizontală deasupra tuturor cilindrilor. Sub presiunea rolei de cauciuc de deasupra fiecărui cilindru pasta decarton se lipeşte de banda de pânză sau de stratul de pastă format anterior de altcilindru şi este transportată mai departe către cilindrul următor. În aşa mod din cei7 cilindri 2 din ei formează stratul superior, 2 cilindri – stratul inferior numai dinmaculatur ă, 2 cilindri – stratul inferior dintr-un amestec de celuloză şi maculatur ă,iar un cilindru este ţinut rezervă. Absorbţia primar ă a apei se face prin găurile




cilindrilor, nimerind în 4 camere interioare ale lor, legate cu pompele de vacuum,care formează o supresiune în camerele respective (fig. 12.13).

Benzile de hârtie sau carton sunt trecute şi stoarse apoi prin mai multe perechide cilindri de presare, acoperiţi cu cauciuc. În secţia de presare se extrage până la30-40 % de apă (fig.12.10). Amplasarea verticală a cilindrilor de presare este

prezentată în figura12.14.

Fig. 12.14. Amplasarea verticală a cilindrilor de presare a benzii umedeSecţia de uscare este alcătuită din 7-8 subsecţii, constituite fiecare din 11-12

cilindri metalici de un diametru de 1.5 m, în total 96-98 cilindri, încălziţi cuabur în interior (fig. 12.15).

Fig. 12.15. Cilindri metalici de uscare a benzii umede




Fiecare secţie de cilindri este antrenată de un singur motor printr-un reductor special ondulatoriu, în două nivele şi de lungime mare (fig. 12.16).

Fig. 12.16. Reductor special ondulatoriu în două nivele de antrenare a unei secţii

Asamblarea reală a cilindrilor de uscare şi a reductoarelor este reprezentată înfigura 12.10. Înf ăşurând consecutiv aceşti cilindri fierbinţi, plasaţi în două nivele, banda se usucă definitiv. Temperatura în aceşti cilindri creşte treptat până lamaximum, apoi scade treptat. Ultima secţie de cilindri este destinată pentru r ăcirea benzii, de aceea nu se încălzeşte.

După uscare banda este trecută printr-un sistem de cilindri polizaţi de oţel,numit calandru. Presiunea mare dintre aceşti cilindri (400 600 atmosfere ) asigur ăhârtiei netezimea necesar ă. Însă în maşinile modernizate calandrul este înlocuit cuun sistem de scanare şi verificare computerizată on-line a benzii fabricate.

La capătul maşinii banda uscată se înf ăşoar ă în suluri mari de un diametru2 2.5 m , care sunt deplasate apoi spre un strung special, unde sunt tăiate în sulurimai mici în rezultatul reînf ăşur ării. Viteza de lucru a acestui strung este mai maredecât viteza maşinii.

Partea nereglabilă a MFH şi MFC conţine un număr mult mai mare de

mecanisme diferite, o bună parte dintre care o constituie pompele centrifugale deapă, de ungere şi de vacuum, ventilatoarele şi altele. Necătând la identitatea mare şi deosebirile menţionate dintre maşinile de

fabricat hârtie şi carton, între ele există şi alte deosebiri constructive şitehnologice. În primul rând, datele tehnice principale ale MFH sunt mai ridicate :

– viteza mare de deplasare a benzii – până la 1000 1500 / minm ; – productivitate înaltă – până la 300000 – 400000 t / pe an; – lăţimea mare a benzii – până la 6-8 m; – greutatea relativă a hârtiei – 250 120 /m ;

MFC au o lăţime, productivitate şi viteză de 2-3 ori mai mică, datorate, în primul rând, grosimii şi greutăţii mai mari ai cartonului ( 2200 600 /m ). Aceşti parametri sunt însă invers propor ţionali cu viteza benzii.




12.3 Calculul puterii şi alegerea motoarelor ma şinilor de fabricatcarton

Sarcina statică a motoarelor MFH sau MFC depinde nu numai de for ţa deîntindere a benzii, ci şi de alţi factori: de frecările din lagăre, cu diferite role sau cu

pânzele de transportare. Toţi aceşti factori depind, la rândul lor, de un şir de parametri tehnologici şi constructivi ai maşinii: de lăţimea şi viteza ei, de diametrularborilor sau rolelor, de tipul pânzelor de transportare. Calculul tuturor cestor factori şi aprecierea lor este dificilă, de aceea în practică se recurge la metodeempirice (experimentale). Acestea din urmă se bazează pe determinarea for ţelor sau puterilor relative de întindere, egale cu for ţele (puterile), raportate la 1m lăţimeşi la 1 / minm al vitezei maşinii. Aceşti parametri relativi sunt determinaţi însă pentru 2 variante de sarcină: nominală ( n f şi n P ) şi maximală ( max f şi max P ).

Ca urmare, puterea statică nominală şi maximală a unei secţii se calculează :

max max max. . .max.3 3[ ]; [ ]

60 10 60 10n

s n s f B v f B v P n kW P n kW

Sau 2 2. . max .max. max max10 [ ]; 10 [ ] s n n s P p B v kW P p B v kW

unde B – lăţimea benzii, [ ]m ; maxv – viteza maximă a maşinii, [ / min]m ; n –

numărul de arbori (cilindri) în secţie; 120 ; 165n n N N f f m m

– pentru cilindrii de

uscare; max0.96 / ; 1.45 /n p kW h p kW h – pentru cilindrii perforaţi (de sită).

Alegerea prealabilă a motorului de acţionare a unei secţii se efectuează reieşinddin sarcina statică maximală : .max1.15 1.25 M c P P .După aceasta se alege reductorul, apoi motorul ales în prealabil se verifică după

regimurile de pornire şi de suprasarcină. Pentru aceasta se calculează cuplul de pornire şi cuplul maximal :

max1000 ; 1000 ,

N N r r

n R R P D N

p N N

P P P P J M M M M

t

unde J – momentul sumar de iner ţie, 2[ ]kg m ; / 30 N N n – viteza unghiular ă

nominală, 1 s ; pt – timpul prestabilit de pornire, s ; 10.5 N r N

N

P P – pierderi

de rotaţie; N P – puterea nominală, [ ]kW ; , R – randamentul nominal almotorului şi al reductorului.

Pentru verificarea motorului la pornire se calculează:

maxmax max max2 2.5 ; 2 2.5 . P

P N N N N

M M I I I I I I k k

Unde , ; 0.5 1 , . N IN I N N I N

N N

U I R U k V s R I




12.4 Cerinţele maşinilor de fabricat carton c ătre ac ţionările lor electrice

Dintre aceste cerinţe pot fi menţionate următoarele [62-63]:1) Acţionările electrice (AE) reglabile trebuie să fie în grup (cu multe

motoare) cu o comandă şi viteză unică, o pornire şi oprire sincronă.

2) Pentru a asigura o productivitate maximă, diferite tipuri de hârtii şicartoane, precum şi viteze mici de revizie sau reparare, diapazonul dereglare al vitezei trebuie să fie nu mai mic de 10 :1.

3) Reglarea vitezei trebuie să decurgă foarte lin, cu acceler ări-deceler ări sub20.05 0.07 /m s , pentru a exclude ruperea benzii în regimuri dinamice.

4) Eroarea de stabilizare a vitezei trebuie să nu depăşească 0.5%, pentru aamortiza variaţiile tensiunii de alimentare, rezistenţelor motoarelor laîncălzire şi pentru a exclude influenţa unui mecanism asupra celuilalt .

5) Pentru asigurarea unei întinderi optimale a benzii toate acţionările trebuie

să aibă un semnal comun de prescriere şi un semnal de corecţie individualăîn limite de 7 8 % în partea umedă şi 3 5 % în partea uscată a maşinii,având totodată o apreciere indirectă a întinderii benzii.

6) Din considerente tehnologice şi economice AE trebuie să fie nereversibileşi cu o singur ă zonă de reglare.

7) Pentru a exclude influenţa unui mecanism asupra altuia prin bandacomună, trebuie de asigurat o diferenţă constantă între vitezele acţionărilor la reglarea acestora, ceea ce constituie o problemă dificilă.

8) Pentru a exclude supraîncălzirea motoarelor la viteze mici, ele trebuie să

aibă o ventilare exterioar ă for ţată şi nu o autoventilare.9) Pentru a proteja motoarele şi traductoarele de influenţa negativă amediului înconjur ător, construcţia lor trebuie să aibă o execuţie 44 IP .

10) Pentru a proteja sistemul de comandă de semnale parazite şi pentru a ridicafiabilitatea izolaţiei lui, precum şi pentru a proteja personalul de exploatarede electrocutări, alimentarea schemelor de for ţă şi a sistemelor de comandătrebuie separată galvanic prin alimentarea de la 2 transformatoare diferite.

11) Pentru asigurarea unor regimuri optimale şi pentru simplificarea operaţiilor de pornire şi acordare, comanda maşinii trebuie automatizată de la un panou central, folosind, de asemenea, în calitate de rezervă pentru fiecaremecanism câte un panou local de comandă manuală.

12) Sistemul de automatizare trebuie să coordoneze funcţionarea mecanismelor reglabile şi nereglabile, prevăzând pentru vizualizare nişte mnemo-schemede semnalizare a fiecărui mecanism principal.

13) Sistemul de automatizare trebuie să sigure, de asemenea, măsurarea şicontrolul parametrilor principali ai maşinii şi ai acţionărilor electriceindividuale, precum şi o computerizare a proceselor tehnologice şi tehnice.

14) Sistemul de automatizare trebuie să asigure o protecţie fiabilă a tuturor mecanismelor şi acţionărilor lor faţă de regimurile de avarie, o oprireautomată a maşinii la o defecţiune a oricărui mecanism principal, precumşi o semnalizare luminiscentă şi sonor ă a acestor regimuri.






acest lucru, blocul de coordonare corectează automat toate semnalele de corecţieale acţionărilor următoare la variaţia unei acţionări de bază (iniţiale).

Fig. 12.17. Schema cinematică şi funcţională electrică a păr ţii umede a MFC




Schema funcţională desf ăşurată a unei singure secţii reglabile a MFC cu notaţiiîn limba română este reprezentată în figura 12.18. Această schemă, în comparaţiecu cea precedentă, conţine adăugător un element de prescriere (EP) de la intrareasistemului de reglare automată, care asigur ă acceleraţia şi deceleraţia lină amotorului de acţionare a fiecărei secţii. La intrarea acestui element se aplică

semnalul de prescriere comun de la ieşirea blocului de prescriere a vitezei (BPV) şisemnalul de corecţie a vitezei secţiei respective în limitele ± 5-7 % de la ieşireaamplificatorului operaţional al blocului de coordonare a vitezei motoarelor .

Fig. 12.18. Schema funcţională desf ăşurată a unei singure secţii a MFCCE – convertorul de excita ţ ie; RN – redresor necomandat; EP – element de prescriere; RV – regulator de viteză ; RC – regulator de curent; TC – traductor de curent; SCIF – sistem decomand ă impuls-fază ; CI – convertorul indusului; BPV – bloc de prescriere a vitezei.

Aceste sisteme clasice de acţionare şi de comandă sunt relativ simple, însă posedă unele dezavantaje : precizie, stabilitate fiabilitate şi flexibilitate scăzută,acordare dificilă şi factor de putere scăzut. În afar ă de aceasta, însăşi motoarele decurent continuu cu colector şi perii alunecătoare, precum şi traductoarele de viteză,au şi ele un şir de dezavantaje. În legătur ă cu toate acestea în momentul de faţă prioritate se dă acţionărilor digitale de curent alternativ cu convertoare de frecvenţăşi microcontrolere programabile. Însă nu orice sistem de acţionare reglabilă decurent alternativ poate să satisfacă cerinţelor înalte formulate anterior, şi în primulrând . cerinţelor de sincronizare a vitezei motoarelor principale de acţionare alemaşinilor de fabricat hârtie şi carton şi de stabilizare precisă a acestei viteze.




12.6 Acţionări electrice moderne de curent alternativ ale ma şinilor defabricat hârtie şi carton

Una din tendinţele actuale de ridicare a fiabilităţii sistemelor reglabile deacţionare constă în excluderea traductoarelor din interiorul sau de la arborele

motoarelor, precum şi de utilizare a celor mai simple şi mai fiabile motoare, cumsunt cele asincrone cu rotorul în scurtcircuit. Însă caracteristica mecanică naturalăa acestor motoare nu este absolut rigidă, viteza şi alunecarea lor fiind variabile înfuncţie de sarcina de la arbore. De aceea sistemele de reglare automată aleconvertizoarelor de frecvenţă f ăr ă traductor şi regulator de viteză nu pot să asigureo precizie necesar ă de stabilizare a vitezei şi o sincronizare a motoarelor asincroneale maşinilor de fabricat hârtie şi carton. Aceste concluzii se refer ă şi la motoarelede curent continuu, deoarece ele au aproximativ aceeaşi rigiditate a caracteristiciimecanice naturale, ca şi motoarele asincrone.

Nu este tot aşa însă cu motoarele sincrone. Aceste motoare au o caracteristicămecanică absolut rigidă şi independentă de sarcina de la arbore, ceea ce simplifică problema preciziei de stabilizare a vitezei şi de sincronizare. În plus la aceasta,motoarele sincrone au un randament mai mare faţă de motoarele asincrone,deoarece nu au pierderi de alunecare, iar alimentarea lor de la convertizoare defrecvenţă necesită un sistem de reglare automată mai simplu. Necătând la acestea,utilizarea largă a acestor motoare a fost stopată, până nu de mult, de 2 dezavantajeale lor : necesitatea alimentării înf ăşur ării rotorice de excitaţie cu tensiune decurent continuu prin 2 inele de contact alunecător şi a măsur ării unghiului de poziţie a rotorului cu un traductor (encoder fotoelectronic sau transformator rotativ) corespunzător, care să impună convertizoarelor o frecvenţă unică cu cea arotorului şi un defazaj, egal cu unghiul intern (de sarcină) al motoarelor. Însă întimpul de faţă aceste dezavantaje au fost excluse prin excitarea motoarelor prinmagneţi permanenţi şi prin obţinerea informaţiei despre parametrii principali aiacestor motoare pe baza modelului matematic, măsurând doar parametrii uşor accesibili ai convertoarelor - tensiunea şi curentul fazelor lor de ieşire.

În trecut excitarea motoarelor sincrone cu magneţi permanenţi se putea realizadoar pentru puteri până la 30 kW. În prezent s-a reuşit să se ridice această limitare până la 700 kW, ba chiar şi mai sus, ceea ce a permis obţinerea unor acţionărireglabile mai performante decât cele asincrone. Într-adevăr, motoarele sincrone cumagneţi permanenţi posedă următoarele avantaje :

- au un randament mai mare decât cele asincrone nu numai din cauzaexcluderii alunecării, ci şi a pierderilor de excitaţie (magnetizare);

- sunt mai compacte, deoarece nu necesită o r ăcire a rotorului;- sunt mai fiabile atât din punct de vedere electric – cuplul sincron este

propor ţional cu tensiunea statorului şi nu cu pătratul acestei tensiuni, cât şidin punct de vedere mecanic – permit un întrefier mai mare, f ăr ă a semicşora factorul de putere ;

- necesită un sistem simplificat de comandă şi reglare a unui singur parametru – a curentului statoric sau a cuplului , deoarece alunecarea




lipseşte, iar frecvenţa statorică este impusă de frecvenţa de rotaţie arotorului;

- permit un diapazon de reglare a vitezei mai mare, din aceleaşi considerente;- asigur ă o precizie statică absolută de stabilizare a vitezei f ăr ă sistem închis

de reglare, doar datorită caracteristicii mecanice naturale absolut rigide;

- au un moment de iner ţie mai mic, deoarece raza rotorului este mai mică,ceea ce permite o creştere a rapidităţii sistemului de acţionare în regimuridinamice.

Toate aceste avantaje au condiţionat utilizarea motoarelor sincrone cu magneţi permanenţi şi cu reglare frecvenţială pentru acţionarea maşinilor moderne defabricat hârtie şi carton. Primii, care au f ăcut aceasta, au fost finlandezii, sau mai bine zis corporaţia internaţională ABB, convertizoarele de frecvenţă ACS alecăreea au fost descrise în capitolul 3. Performanţa principală a acestor convertoarea fost principiul de comandă directă a cuplului motorului – Direct Torque

Control (DTC), aplicat mai întâi pentru motoarele asincrone.Compania ABB a modificat puţin principiul DTC pentru a putea fi aplicat

şi pentru reglarea automată a motoarelor sincrone cu magneţi permanenţi. Sistemulde reglare automată în acest caz devine chiar mai simplu. Însă utilizarea în masă amotoarelor sincrone cu magneţi permanenţi este împiedicată de costul ridicat alacestor magneţi, deoarece ei sunt constituiţi din pământuri rare şi scumpe. Înlegătura cu aceasta corporaţia ABB a propus să se înzestreze cu motoare sincronecu magneţi permanenţi numai mecanismele principale ale maşinilor de fabricathârtie sau carton, destinate pentru formarea şi uscarea benzii respective, caretrebuie să aibă o viteză unică şi sincronizată. Toate celelalte mecanisme dedeservire a maşinilor, precum şi cele din secţia de pregătire a pastei, care suntlegate într-un proces tehnologic unic cu secţia de fabricare, pot fi înzestrate cumotoare asincrone obişnuite şi convertoare de frecvenţă ACS 800.

O astfel de combinare a sistemelor sincrone şi asincrone a fost luată ca bazăde către majoritatea companiilor de fabricare a hârtiei şi cartonului în procesul demodernizare a maşinilor vechi şi de producere a maşinilor noi. Dintre acestecompanii cele mai renumite sunt cele finlandeze - Stora Enso, Kotka. M-real şicele germane – Adolf Joss Papier fabric. Pentru modernizarea unei maşini defabricat carton compania M-real, de exemplu, a utilizat 29 de acţionări sincrone cumagneţi permanenţi şi 72 de acţionări asincrone. Toate convertizoarele defrecvenţă ACS 800 ale acestei maşini au o construcţie modular ă şi standardizată,fiind montate într-o sală separată din spatele maşinii şi aranjate în 4 rânduri paralele – 2 rânduri în centru şi altele 2 la pereţi (fig. 12.19). Necătând laamplasarea lor compactă, fiecare bloc este accesibil, deoarece blocurile de for ţăsunt montate pe roţi, iar cele de comandă – pe rame rotative. Aceste convertizoareau un sistem comun de alimentare de la reţea şi un sistem comun de r ăcire. Caurmare, această maşină produce până la 160000 tone de carton pe an, cu o greutate

relativă 170-335 g/m2

şi o lăţime de 4150 mm, având o viteză maximă de 1500m/min.




Fig.12.19 Aspectul general al sălii separate de convertizoare de frecvenţă ACS 800

Pentru modernizarea maşinii de fabricat hârtie, compania finlandeză M-real a folosit, se asemenea, un număr mare de sisteme reglabile de acţionare – 32sincrone şi 83 asincrone. Celelalte companii au înzestrat maşinile lor de diferitetipuri cu un număr mai mic de convertoare, de exemplu : Stora Enso – 13 şi 56.Adolf Joss Papierfsbrik – 20 şi 39, Carter Holt Horvey (Noua Zelandă) – 26 şi 28.

Corporaţia ABB a elaborat pentru industria hârtiei şi a cartonului nu numaiconvertizoare performante de frecvenţă ACS 800, ci şi toate celelalteechipamentele principale necesare : motoare , transformatoare, controlere programabile, panouri de comandă şi programare, sisteme de analiză şi control acalităţii, sisteme de interfaţă şi comunicare în reţea, traductoare şi alte dispozitivede instrumentaţie. Toate aceste echipamente au fost integrate într-un sistem unicspecializat, denumit PMC 800 (PM –Paper Machines). Acest sistem este divizatîn 2 subsisteme :- PMC 800 Basic Drive cu puteri ale motoarelor 0,18 -250 kW şi tensiuni

220-380 V;- PMC 800 xA cu puteri ale motoarelor 11-2800 kW şi tensiuni 480-690 V.

Coordonarea şi sincronizarea vitezei secţiilor MFH şui MFC în acest sistemse efectuează cu un controler programabil AC 800M. O altă particularitatespecifică a acestui sistem o constituie modernizarea păr ţii mecanice a sistemelor sincrone de acţionare prin excluderea reductorului dintre motor şi cilindrul delucru, ceea ce micşorează momentul de iner ţie şi măreşte rapiditatea sistemului

(fig. 12.20). Această variantă de cuplare a motorului sincron a că pătat denumireade DIRECT DRIVE.




Fig. 12.20. Înlăturarea reductorului de la ieşirea motorului sincron

În figura 12.21 este reprezentată o variantă de cuplare directă a unui motor cuventilator incorporat la un mecanism ale MFH.

Fig. 12.21. Variantă de cuplare directă a unui motor la un mecanism al MFH




12.7 Sisteme moderne de automatizare din industria hârtiei şicartonului

Întrucât maşinile de fabricat hârtie şi carton sunt nişte instalaţii cu foarte multemecanisme, acţionări, organe de lucru, elemente de comandă, reglare, măsurare,

protecţie, execuţie şi semnalizare, legate într-un proces tehnologic unic,exploatarea lor f ăr ă un sistem unic de automatizare ar fi de neînchipuit. Evident, căaceastă automatizare poate fi par ţială sau complexă, în funcţie de elementele deautomatizare utilizate. După cum a fost menţionat în capitolul 2, în timpul de faţăaceastă automatizare poate fi realizată cu ajutorul controlerelor programabileindustriale de tipul SIMATIC S7-400 şi al echipamentelor lor componente.

Însă corporaţia internaţională ABB – producătorul mondial principal alutilajului electrotehnic şi electronic din industria hârtiei şi cartonului, din industriametalurgică şi din alte ramuri industriale, n-a lăsat neacoperită nici partea de

automatizare. Acoperind această parte, compania ABB a elaborat controlerelesale programabile AC800M şi panourile lor grafice de comandă şi controlG2000 şi G2010, care sunt dedicate special pentru industria de hârtie şi carton şicare iau în consideraţie toate cerinţele din această ramur ă. Evident, că a fostelaborat, de asemenea, şi pachetul de programe (softul) acestor dispozitive.Aceste controlere şi panouri asigur ă comanda, reglarea, controlul şi sincronizareaconvertizoarelor de frecvenţă ACS 800 ale motoarelor fiecărei secţii a maşinilor defabricare, a motoarelor mecanismelor secţiei de mărunţire, cur ăţire şi pregătire a pastei de hârtie sau carton, a tuturor supapelor de reglare a parametrilor tehnologic: debitului, presiunii, nivelului şi temperaturii (OCS). Sistemul integrat deautomatizare a tuturor acestor componente a fost numit PMC800xA (fig. 12.22).

Fig. 12.22. Componentele principale ale sistemului de automatizare PMC800xA




Toate aceste elemente şi componente, aflate la o anumită distanţă unele dealtele, sunt legate între ele printr-o reţea industrială de tipul PROFIBUS (fig.12.23)

Fig. 12.23. Schema generală de automatizare a sistemului integrat PMC800xA

Controlerele programabile AC800 au o componenţă tipică: procesorulcentral CPU, modulele de comunicare cu alte controlere, dispozitive de funcţionareîn reţea, modulele S800 de multiplicare a numărului de intr ări-ieşiri (până la6000). Ele prevăd 3 limbaje tipice de programare : LAD, FBD şi STL. În figura12.24 sunt ar ătate panourile grafice de comandă OPC ale controlerelor sistemelor de acţionare G2000 şi maşinii de fabricare cu schema ei tehnologică G2010.

Fig. 12.24. Panourile de comandă ale convertizoarelor G2000 şi maşinii G2010




Aceste panouri sunt relativ simple, fiind înzestrate cu 17 butoane şi un displaygrafic convenabil, precum şi cu un program de configurare GopTool. Însă particularitatea lor principală constă în simbolurile grafice speciale ale sistemelor de acţionare electrică sau ale schemei tehnologice a maşinilor de fabricat hârtie saucarton .

Panourile operatorului G2000 şi G2010 se montează nu în sala deconvertizoare sau de controlere, ci lângă maşină. Pentru aceasta compania ABB aelaborat, de asemenea, nişte staţii speciale de operare şi de computerizare pentru sectoarele principale ale maşinilor de fabricat hârtie şi carton. Aceste staţiiau fost denumite PROCES PORTAL, fiind înzestrate cu unul sau câtevacomputere industriale cu monitor tipic şi cu program special pentruvizualizarea schemelor şi proceselor tehnologice ale maşinilor, precum şi cu programe tipice - Windous XP, Adobe Acrobat şi altele. Două astfel de staţiilocale ale operatorului sunt reprezentate în figura 12.6, iar una – în figura 12.25.

Fig. 12.25. Staţie locală de operare şi computerizare




În sistemul integrat PMC800xA intr ă, de asemenea, şi subsistemul dealimentare cu energie electrică şi de distribuţie a ei către toate maşinile şimotoarele de tensiune înaltă 6000 V şi de tensiune joasă. Aparatele electrice decomutare, protecţie rezervare şi distribuţie sunt montate într-o sală specială, prezentată în figura 12.26. Canale speciale sunt prevăzute, de asemenea, şi pentru

mulţimea de cabluri din sala de alimentare cu energie electrică şi până în sala cuconvertizoare de frecvenţă sau până la panourile locale de distribuţie.

Fig. 12.26 Sala de alimentare cu energie electrică şi de distribuţie a ei cătresistemele de acţionare electrică ale maşini de fabricat hârtie

Compania SIEMENS a implementat echipamentele sistemului integrat de

automatizare totală şi universală SIMATIC S7 cu diferite traductoare SITRANS şiconvertizoare de frecvenţă variabilă SINASMICS la unele întreprinderi defabricare a hârtiei din Germania şi din Israel. Principiile şi particularităţile principale ale acestor echipamente au fost descrise în primele şi ultimele capitoleale acestui îndrumar.



BIBLIOGRAFIE

1. Дорф Р. Современные системы управления / Пер. с англ. Копылова Б.И. – М. , Лаборатория Базовых Знаний, 2004 – 832с.

2. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления – оценивание

параметров и состояния / Пер. с англ. – М., Мир, 1975 – 684с.3. Дейч А.М. Методы идентификации динамических объектов / Пер. с англ.М., Энергия, 1979 -240с.

4. Балабанов А.А. Лаборатория визуального проектирования автома -тических систем/ Идентификация, анализ, синтез, компьютерноемоделирование – Кишинэу, ТУМ, 2003 -350с.

5. Пантелеев А.В., Бартаковский А. Теория управления в примерах изадачах – М., ВШ, 2003 . 583с.

6. Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики –

М., Агропромиздат, 1990, - 243с.7. Наладка средств измерения и систем технического контроля/Справочное пособие / Под ред. Клюева А.С. = М., Энергоатомиздат,1990 – 400с.

8. Preitl Ştefan, Precup Radu-Emil Introducere în ingineria reglării automate – Ed. Politehnica Timişoara, 2001 – 334p.

9. Ciuru T. Elementele sistemelor de acţionare electrică / Îndrumar de laborator – Chişinău , UTM, 2000 - 104p.

10. Dimitrache I Tehnica reglării automate – Ed. Didactică şi Pedagogică,Bucureşti, 1980 - 454p.

11. Traductoare pentru automatizări industriale . Vol.2 / Gabriel Ionescu - Ed.TEHNICA, Bucureşti, 1996, - 468p.

12. Пронько В.В. Технологические измерения и КИП в пищевойпромышленности - М, Агропромиздат, 1990 - 270с

13. Козаченко В.Ф. Микроконтроллеры / Руководство по применению 16 разрядных микроконтроллеров INTEL MCS -196/296 - Изд. ЭКОМ,1997 - 681с.

14. Kelemen A, Imecs M Electronica de putere – Editura Didactică şi Pedagogică,Bucureşti, 1983, 542p.

15. Măgureanu R, Nicu D Convertizoare statice de frecvenţă în acţionări cumotoare asincrone – Ed. Tehnică, Bucureşti, 1985, 326p.

16. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Учебник – АКАДЕМИЯ, 2006, -265с.

17. Терехов В.М, Осипов Системы управления электроприводов / Учебник – М. Академия 2005 -300с.

18. Козярук А.Е и др. Современное и перспективное алгоритмическоеобеспечение частотно - регулируемых электроприводов - С.Пб., 2004,127с .

19. Герман -Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводни -ковыхсистем в МАТЛАБ -6 – С.Пб, 2001 -320с.



B IBLIOGRAFIE 700

20. Kelemen A, Imecs M Sisteme de reglare cu orientare după câmp ale maşinilor de curent alternativ Ed, Academică a RSR, BUCUREŞTI, 1989 - 317p.

21. Ivanov S. Reglarea vectorială a sistemelor de acţionare /Curs de prelegeriUniversitatea din Craiova, 2000 -112p.

22. Ciuru T. Sisteme de comandă ale acţionărilor electrice / Teorie şi aplicaţii .-

Chişinău, UTM, 2003, - 324p.23. Niculiţă P Îndrumătorul specialiştilor frigotehnişti din industria alimentar ă -Ed. Ce res, Bucureşti, 1991290p.

24. Cebotarescu I., Neagu C, Bibire L Utilaj tehnologic pentru vinificaţie – Ed.Tehnica, Chişinău, 1997 - 580p.

25. Зайчик Ц. Р . Оборудование предприятий винодельческой промы -шленности – М., ПП.,1977 - 400с.

26. Зайчик Ц. Р. Технологическое оборудование предприятийвинодельческой промышленности – М. ,ПП. , 1984 -504 с.

27. Сапронов А. Р. Общая технология сахара и сахаристых вещетв - М .,ПП., 1990.28. Сапронов А. Р. Технология сахарного производства – Л ., ПП, 1986.29. Гребенюк С. М. Технологическое оборудование сахарных заводов – М .,

1983.30. Благовещенская М.М и др. Автоматика и автоматизация пищевых

производств . М., Агропромиздат, 1991 - 240с.31. Азрилевич М. Я. Оборудование свеклосахарных заводов – М, Пищевая

промышленость, 1964 - 282 с .32. Техническое описание и инструкция по эксплуатации тиристорных

преобразователей ТЕ.33. Головань Ю.П. и др. Технологическое оборудование хлебопекарных

предприятии – M, 1988.34. Технологическое оборудование хлебопекарных и макаронных

предприятии – M 1988.35. Володарский А.В. Промышленные печи пищевых производств – Киев

1986.36. Маклюков И.И. и др. Промышленные печи хлебопекарного

производства – M., 1983.37. Практикум по расчетам оборудования хлебопекарного пр -ва - M, 1991.38. Кривоносов А.И. и др. Автоматизация процессов хлебопечения - M 1983.39. Соколов В.А. Автоматизация технологических процессов пищевой

промышленности - M Агропромиздат, 1991 -445 с40. Автоматизация технологических процессов пищевых произв., Под ред.

Карпина Е. – M, Агропромиздат, 1985 - 536 с .41 Ч А А А

Documents

carte integrala pdf 100 preocente.pdf