Controlul si reglarea principalilor parametri tehnologici: debit, nivel, presiune si temperatura

Ansamblul operațiilor unice formează procese tehnologice specifice. În cazul general, procesul tehnologic se desfășoară prin intermediul operațiunilor tehnologice care se desfășoară în paralel, secvențial sau în combinație, când începutul următoarei operațiuni este deplasat față de începutul celei anterioare.

Managementul proceselor este o problemă organizatorică și tehnică și astăzi se rezolvă prin crearea de sisteme automate sau automate de management al proceselor.

Scopul controlului tehnologic al procesului poate fi: stabilizarea unei cantități fizice, modificarea acesteia în funcție de un program dat sau în cazuri mai complexe optimizarea unui criteriu de sinteză, cea mai mare productivitate a procesului, cel mai mic cost al produsului etc.

Parametrii tipici ai procesului supuși controlului și reglementării includ debitul, nivelul, presiunea, temperatura și o serie de parametri de calitate.

Sistemele închise utilizează informațiile curente despre valorile de ieșire, determină abaterea ε (T) valoarea controlată Y (t) de la valoarea sa determinată Yo) și iau măsuri pentru a reduce sau elimina complet ε(T).

Cel mai simplu exemplu de sistem închis, numit sistem de control al abaterii, este sistemul de stabilizare a nivelului apei din rezervor, prezentat în figura 1. Sistemul constă dintr-un traductor de măsurare în două trepte (senzor), un dispozitiv de control 1 ( regulator) și un mecanism de acţionare 3, care controlează poziția corpului de reglare (supapă) 5.

Orez. 1. Schema funcțională a sistemului de control automat: 1 — regulator, 2 — traductor de măsurare a nivelului, 3 — mecanism de antrenare, 5 — corp de reglare.

Controlul debitului

Sistemele de control al debitului sunt caracterizate prin inerție scăzută și pulsații frecvente ale parametrilor.

În mod obișnuit, controlul debitului restricționează debitul unei substanțe folosind o supapă sau o poartă, modificând presiunea în conductă prin schimbarea vitezei de antrenare a pompei sau a gradului de bypass (deviarea unei părți a fluxului prin canale suplimentare).

Principiile de aplicare a regulatoarelor de debit pentru medii lichide și gazoase sunt prezentate în figura 2, a, pentru materiale vrac — în figura 2, b.

Orez. 2. Scheme de control al debitului: a — medii lichide și gazoase, b — materiale în vrac, c — rapoarte de mediu.

În practica automatizării proceselor tehnologice, există cazuri când este necesară stabilizarea raportului de curgere a două sau mai multe medii.

În schema prezentată în figura 2, c, debitul către G1 este principalul, iar debitul G2 = γG — slave, unde γ — raportul debitului, care este stabilit în procesul de reglare statică a regulatorului.

Când debitul principal G1 se modifică, controlerul FF schimbă proporțional debitul slave G2.

Alegerea legii de control depinde de calitatea cerută a stabilizării parametrilor.

Controlul nivelului

Sistemele de control al nivelului au aceleași caracteristici ca și sistemele de control al debitului. În cazul general, comportamentul nivelului este descris de ecuația diferențială

D (dl / dt) = Gin — Gută + Garr,

unde S este aria părții orizontale a rezervorului, L este nivelul, Gin, Guta este debitul mediului la intrare și ieșire, Garr - cantitatea de mediu care crește sau descrește capacitatea (poate fi egal cu 0) pe unitatea de timp T.

Constanța nivelului indică egalitatea cantităților de lichid furnizat și consumat. Această condiție poate fi asigurată prin influențarea alimentării (Fig. 3, a) sau a debitului (Fig. 3, b) a lichidului. În versiunea regulatorului prezentată în figura 3, c, rezultatele măsurătorilor de alimentare cu lichid și debitul sunt utilizate pentru a stabiliza parametrul.

Impulsul de nivel al lichidului este corectiv, excluzând acumularea erorilor datorate erorilor inevitabile care apar atunci când alimentarea și debitul se modifică. Alegerea legii de reglementare depinde și de calitatea cerută a stabilizării parametrilor. În acest caz, este posibil să utilizați nu numai controlere proporționale, ci și poziționale.

Orez. 3. Scheme ale sistemelor de control al nivelului: a — cu efect asupra alimentării cu energie, b și c — cu efect asupra debitului mediului.

Reglarea presiunii

Constanța presiunii, ca și constanta nivelului, indică echilibrul material al obiectului. În cazul general, modificarea presiunii este descrisă de ecuația:

V (dp / dt) = Gin — Gută + Garr,

unde VE este volumul aparatului, p este presiunea.

Metodele de control al presiunii sunt similare cu metodele de control al nivelului.

Controlul temperaturii

Temperatura este un indicator al stării termodinamice a sistemului. Caracteristicile dinamice ale sistemului de control al temperaturii depind de parametrii fizico-chimici ai procesului și de proiectarea aparatului. Particularitatea unui astfel de sistem este inerția semnificativă a obiectului și adesea a traductorului de măsurare.

Principiile de implementare a termoregulatoarelor sunt similare cu principiile de implementare a regulatoarelor de nivel (Fig. 2), ținând cont de controlul consumului de energie în instalație. Alegerea legii de reglementare depinde de impulsul obiectului: cu cât este mai mare, cu atât legea de reglementare este mai complexă. Constanta de timp a traductorului de măsurare poate fi redusă prin creșterea vitezei de mișcare a lichidului de răcire, reducerea grosimii pereților capacului de protecție (manșon) etc.

Reglementarea compoziției produsului și a parametrilor de calitate

La ajustarea compoziției sau a calității unui produs dat, este posibilă o situație în care un parametru (de exemplu, umiditatea cerealelor) este măsurat discret. În această situație, pierderea de informații și reducerea acurateții procesului de ajustare dinamică sunt inevitabile.

Schema recomandată a unui regulator care stabilizează un parametru intermediar Y (t), a cărui valoare depinde de principalul parametru controlat - indicatorul de calitate a produsului Y (ti) este prezentat în Figura 4.

Orez. 4. Schema sistemului de control al calității produsului: 1 — obiect, 2 — analizor de calitate, 3 — filtru de extrapolare, 4 — dispozitiv de calcul, 5 — regulator.

Dispozitivul de calcul 4, folosind un model matematic al relației dintre parametrii Y (t) și Y (ti), evaluează continuu ratingul de calitate. Filtrul de extrapolare 3 oferă un parametru estimat de calitate a produsului Y (ti) între două măsurători.