Контрол и регулиране на основните технологични параметри: дебит, ниво, налягане и температура

Наборът от единични операции образува специфични технологични процеси. В общия случай технологичният процес се осъществява посредством технологични операции, които се извършват паралелно, последователно или в комбинация, когато началото на следващата операция се измества спрямо началото на предходната.

Управлението на процеси е организационен и технически проблем и днес той се решава чрез създаване на автоматични или автоматизирани системи за управление на процеси.

Целта на контрола технологичен процес може да бъде: стабилизиране на някаква физическа величина, нейното изменение според дадена програма или в по -сложни случаи оптимизация на някакъв обобщаващ критерий, най -висока производителност на процеса, най -ниска себестойност на продукта и др.

Типичните параметри на процеса, подлежащи на контрол и регулиране, включват дебит, ниво, налягане, температура и редица показатели за качество.

Затворените системи използват текущата информация за изходните стойности, определят отклонението ε (T) контролирана стойност Y (t) от определената й стойност Йо) и да предприемат действия за намаляване или пълно премахване ε(T).

Най-простият пример за затворена система, наречена система за контрол на отклоненията, е системата за стабилизиране на нивото на водата в резервоара, показана на фигура 1. Системата се състои от двустепенен измервателен преобразувател (сензор), устройство 1 управление (регулатор) и задвижващ механизъм 3, който контролира положението на регулиращото тяло (вентил) 5.

Ориз. 1. Функционална схема на системата за автоматично управление: 1 — регулатор, 2 — измервателен преобразувател на ниво, 3 — задвижващ механизъм, 5 — регулиращ орган.

Контрол на потока

Системите за управление на потока се характеризират с ниска инерция и чести пулсации на параметъра.

Обикновено контролът на потока ограничава потока на вещество с помощта на вентил или порта, променяйки налягането в тръбопровода чрез промяна на скоростта на задвижването на помпата или степента на байпас (отклоняване на част от потока през допълнителни канали).

Принципите на прилагане на регулаторите на потока за течни и газообразни среди са показани на фигура 2, а, за насипни материали — на фигура 2, б.

Ориз. 2. Схеми за контрол на потока: а — течни и газообразни среди, б — насипни материали, в — съотношения на средата.

В практиката на автоматизация на технологичните процеси има случаи, когато се налага стабилизиране на съотношението на дебита на две или повече среди.

В схемата, показана на фигура 2, в, потокът към G1 е водещият, а потокът G2 = γG — роб, където γ — съотношението на дебита, което се задава в процеса на статично регулиране на регулатора.

Когато главният поток G1 се промени, FF контролерът пропорционално променя подчинения поток G2.

Изборът на закона за управление зависи от необходимото качество на стабилизация на параметъра.

Контрол на нивото

Системите за контрол на нивото имат същите характеристики като системите за контрол на потока. В общия случай поведението на нивото се описва чрез диференциалното уравнение

D (dl / dt) = Gв — Gнавън +Garr,

където S е площта на хоризонталната част на резервоара, L е нивото, Gin, Gout е дебитът на средата на входа и изхода, Garr — количеството среда, увеличаващо или намаляващо капацитета (може да бъде равно на 0) за единица време T.

Постоянството на нивото показва равенството на количествата на доставената и консумираната течност. Това условие може да бъде осигурено чрез въздействие върху подаването (фиг. 3, а) или скоростта на потока (фиг. 3, б) на течността. Във версията на регулатора, показана на фигура 3, в, резултатите от измерванията на подаването на течност и дебита се използват за стабилизиране на параметъра.

Импулсът на нивото на течността е коригиращ, изключва натрупването на грешки поради неизбежни грешки, които възникват при промяна на подаването и дебита. Изборът на закона за регулиране зависи и от необходимото качество на стабилизация на параметрите. В този случай е възможно да се използват не само пропорционални, но и позиционни контролери.

Ориз. 3. Схеми на системи за контрол на нивото: а — с ефект върху захранването, б и в — с ефект върху дебита на средата.

Регулиране на налягането

Постоянството на натиска, подобно на постоянството на нивото, показва материалния баланс на обекта. В общия случай промяната в налягането се описва с уравнението:

V (dp / dt) = Gв — Gнавън +Garr,

където VЕ обемът на апарата, р е налягането.

Методите за контрол на налягането са подобни на методите за контрол на нивото.

Контрол на температурата

Температурата е показател за термодинамичното състояние на системата. Динамичните характеристики на системата за контрол на температурата зависят от физико -химичните параметри на процеса и конструкцията на апарата. Особеността на такава система е значителната инерция на обекта и често на измервателния преобразувател.

Принципите на внедряване на терморегулаторите са подобни на принципите на внедряване на регулатори на ниво (фиг. 2), като се отчита контролът на консумацията на енергия в съоръжението. Изборът на регулаторния закон зависи от инерцията на обекта: колкото по -голям е той, толкова по -сложен е регулационният закон. Константата на времето на измервателния преобразувател може да бъде намалена чрез увеличаване на скоростта на движение на охлаждащата течност, намаляване на дебелината на стените на защитния капак (втулка) и т.н.

Регулиране на параметрите на състава и качеството на продукта

При регулиране на състава или качеството на даден продукт е възможна ситуация, когато параметър (например влажност на зърното) се измерва дискретно. В тази ситуация загубата на информация и намаляването на точността на процеса на динамично регулиране са неизбежни.

Препоръчителната схема на регулатор, който стабилизира някакъв междинен параметър Y (t), чиято стойност зависи от основния контролиран параметър — показателя за качеството на продукта Y (ti) е показано на фигура 4.

Ориз. 4. Схема на системата за контрол на качеството на продукта: 1 — обект, 2 — анализатор на качеството, 3 — екстраполационен филтър, 4 — изчислително устройство, 5 — регулатор.

Изчислително устройство 4, използващо математически модел на връзката между параметрите Y (t) и Y (ti), непрекъснато оценява качествения рейтинг. Екстраполационният филтър 3 дава прогнозен параметър за качество на продукта Y (ti) между две измервания.