Kontrola i regulacija glavnih tehnoloških parametara: protoka, razine, tlaka i temperature

Skup pojedinačnih operacija tvori specifične tehnološke procese. U općem slučaju, tehnološki proces se odvija pomoću tehnoloških operacija koje se izvode paralelno, uzastopno ili u kombinaciji, kada je početak sljedeće operacije pomaknut u odnosu na početak prethodne.

Upravljanje procesima je organizacijski i tehnički problem i danas se rješava izradom automatskih ili automatiziranih sustava za upravljanje procesima.

Svrha upravljanja tehnološkim procesom može biti: stabilizacija neke fizikalne veličine, njezina promjena prema zadanom programu ili u složenijim slučajevima optimizacija nekog sumarnog kriterija, najveća produktivnost procesa, najmanja cijena proizvoda itd.

Tipični procesni parametri koji podliježu kontroli i regulaciji uključuju brzinu protoka, razinu, tlak, temperaturu i brojne parametre kvalitete.

Zatvoreni sustavi koriste trenutne informacije o izlaznim vrijednostima, određuju odstupanje ε (T) kontrolirane vrijednosti Y (t) od njene utvrđene vrijednosti Yo) i poduzimaju radnje za smanjenje ili potpuno uklanjanje ε(T).

Najjednostavniji primjer zatvorenog sustava, nazvan sustav devijacijske kontrole, je sustav za stabilizaciju razine vode u spremniku, prikazan na slici 1. Sustav se sastoji od dvostupanjskog mjernog pretvarača (senzora), uređaja 1 za upravljanje ( regulator) i pokretački mehanizam 3, koji kontrolira položaj regulacijskog tijela (ventila) 5.

Riža. 1. Funkcionalna shema sustava automatskog upravljanja: 1 — regulator, 2 — mjerni pretvarač razine, 3 — pogonski mehanizam, 5 — regulacijsko tijelo.

Kontrola protoka

Sustavi upravljanja protokom karakteriziraju mala inercija i česte pulsacije parametara.

Tipično, kontrola protoka ograničava protok tvari pomoću ventila ili vrata, mijenjajući tlak u cjevovodu promjenom brzine pogona crpke ili stupnja premosnice (preusmjeravanje dijela protoka kroz dodatne kanale).

Načela primjene regulatora protoka za tekuće i plinovite medije prikazana su na slici 2, a, za rasute materijale - na slici 2, b.

Riža. 2. Sheme upravljanja protokom: a — tekući i plinoviti mediji, b — rasuti materijali, c — omjeri medija.

U praksi automatizacije tehnoloških procesa postoje slučajevi kada je potrebno stabilizirati omjer protoka dva ili više medija.

U shemi prikazanoj na slici 2, c, protok prema G1 je glavni, a protok G2 = γG — podređeni, gdje je γ — omjer protoka, koji se postavlja u procesu statičke regulacije regulatora.

Kada se glavni protok G1 promijeni, FF regulator proporcionalno mijenja podređeni protok G2.

Izbor regulacijskog zakona ovisi o potrebnoj kvaliteti stabilizacije parametara.

Kontrola razine

Sustavi kontrole razine imaju iste karakteristike kao i sustavi kontrole protoka. U općem slučaju, ponašanje razine opisuje se diferencijalnom jednadžbom

D (dl / dt) = Gin — giht + Garr,

gdje je S površina vodoravnog dijela spremnika, L je razina, Gin, Gout je brzina protoka medija na ulazu i izlazu, Garr - količina medija koja povećava ili smanjuje kapacitet (može se jednaka 0) po jedinici vremena T.

Konstantnost razine ukazuje na jednakost količine isporučene i potrošene tekućine. Ovo stanje se može osigurati utjecajem na opskrbu (slika 3, a) ili brzinu protoka (slika 3, b) tekućine. U verziji regulatora prikazanoj na slici 3, c, rezultati mjerenja dovoda tekućine i protoka koriste se za stabilizaciju parametra.

Puls razine tekućine je korektivni, isključujući akumulaciju pogrešaka zbog neizbježnih grešaka koje se javljaju pri promjeni dovoda i protoka. Izbor regulacijskog zakona također ovisi o potrebnoj kvaliteti stabilizacije parametara. U ovom slučaju moguće je koristiti ne samo proporcionalne već i pozicijske regulatore.

Riža. 3. Sheme sustava regulacije razine: a — s utjecajem na napajanje, b i c — s utjecajem na protok medija.

Regulacija tlaka

Konstantnost tlaka, kao i konstantnost razine, ukazuje na materijalnu ravnotežu objekta. U općem slučaju, promjena tlaka opisuje se jednadžbom:

V (dp / dt) = Gin — Giht + Garr,

gdje je VE volumen aparata, p je tlak.

Metode kontrole tlaka slične su metodama kontrole razine.

Kontrola temperature

Temperatura je pokazatelj termodinamičkog stanja sustava. Dinamičke karakteristike sustava za regulaciju temperature ovise o fizikalno-kemijskim parametrima procesa i dizajnu aparature. Osobitost ovakvog sustava je značajna tromost objekta, a često i mjernog pretvarača.

Principi izvedbe termoregulatora slični su principima izvedbe regulatora razine (slika 2), vodeći računa o kontroli potrošnje energije u objektu. Izbor regulatornog zakona ovisi o zamahu objekta: što je veći, to je regulatorni zakon složeniji. Vremenska konstanta mjernog pretvarača može se smanjiti povećanjem brzine kretanja rashladne tekućine, smanjenjem debljine stijenki zaštitnog poklopca (čahure) itd.

Reguliranje sastava proizvoda i parametara kvalitete

Prilikom podešavanja sastava ili kvalitete određenog proizvoda moguća je situacija da se neki parametar (primjerice vlažnost zrna) mjeri diskretno. U ovoj situaciji neizbježni su gubitak informacija i smanjenje točnosti procesa dinamičkog podešavanja.

Preporučena shema regulatora koji stabilizira neki srednji parametar Y (t), čija vrijednost ovisi o glavnom kontroliranom parametru - pokazatelju kvalitete proizvoda Y (ti) prikazana je na slici 4.

Riža. 4. Shema sustava kontrole kvalitete proizvoda: 1 — objekt, 2 — analizator kvalitete, 3 — ekstrapolacijski filtar, 4 — računalni uređaj, 5 — regulator.

Računalni uređaj 4 matematičkim modelom odnosa između parametara Y (t) i Y (ti) kontinuirano vrednuje ocjenu kvalitete. Ekstrapolacijski filtar 3 daje procijenjeni parametar kvalitete proizvoda Y (ti) između dva mjerenja.