Nadzor in regulacija glavnih tehnoloških parametrov: pretok, nivo, tlak in temperatura

Niz posameznih operacij tvori specifične tehnološke procese. V splošnem se tehnološki proces izvaja s pomočjo tehnoloških operacij, ki se izvajajo vzporedno, zaporedno ali kombinirano, ko se začetek naslednje operacije premakne glede na začetek prejšnje.

Upravljanje procesov je organizacijski in tehnični problem, ki se danes rešuje z izdelavo avtomatskih ali avtomatiziranih sistemov vodenja procesov.

Namen vodenja tehnološkega procesa je lahko: stabilizacija neke fizikalne veličine, njeno spreminjanje po danem programu ali v bolj zapletenih primerih optimizacija nekega zbirnega kriterija, največja produktivnost procesa, najnižja cena izdelka itd.

Tipični procesni parametri, ki so predmet nadzora in regulacije, vključujejo pretok, nivo, tlak, temperaturo in številne parametre kakovosti.

Zaprti sistemi uporabljajo trenutne informacije o izhodnih vrednostih, določajo odstopanje ε (T) nadzorovane vrednosti Y (t) od njegove določene vrednosti Yo) in izvajajo ukrepe za zmanjšanje ali popolno odpravo ε(T).

Najenostavnejši primer zaprtega sistema, imenovan sistem deviacijske regulacije, je sistem za stabilizacijo nivoja vode v rezervoarju, prikazan na sliki 1. Sistem je sestavljen iz dvostopenjskega merilnega pretvornika (senzorja), krmilne naprave 1 ( regulator) in pogonski mehanizem 3, ki nadzoruje položaj regulacijskega telesa (ventila) 5.

riž. 1. Funkcionalna shema avtomatskega krmilnega sistema: 1 - regulator, 2 - nivojski merilni pretvornik, 3 - pogonski mehanizem, 5 - regulacijski organ.

Nadzor toka

Za sisteme za regulacijo pretoka je značilna nizka vztrajnost in pogosta nihanja parametrov.

Običajno nadzor pretoka omeji pretok snovi z uporabo ventila ali vrat, spreminjanje tlaka v cevovodu s spreminjanjem hitrosti pogona črpalke ali stopnje obvoda (preusmerjanje dela pretoka skozi dodatne kanale).

Načela uporabe regulatorjev pretoka za tekoče in plinaste medije so prikazana na sliki 2, a, za razsute materiale - na sliki 2, b.

riž. 2. Sheme krmiljenja pretoka: a — tekoči in plinasti mediji, b — razsuti materiali, c — razmerja medijev.

V praksi avtomatizacije tehnoloških procesov obstajajo primeri, ko je treba stabilizirati pretočno razmerje dveh ali več medijev.

V shemi, prikazani na sliki 2, c, je pretok v G1 glavni, pretok G2 = γG - podrejeni, kjer je γ - razmerje pretoka, ki je nastavljeno v procesu statične regulacije regulatorja.

Ko se glavni pretok G1 spremeni, krmilnik FF sorazmerno spremeni podrejeni pretok G2.

Izbira regulacijskega zakona je odvisna od zahtevane kakovosti stabilizacije parametrov.

Nadzor nivoja

Sistemi za nadzor nivoja imajo enake lastnosti kot sistemi za nadzor pretoka. V splošnem primeru je obnašanje nivoja opisano z diferencialno enačbo

D (dl / dt) = Gin — Protin + Garr,

kjer je S površina vodoravnega dela rezervoarja, L je nivo, Gin, Gout je pretok medija na vstopu in izstopu, Garr - količina medija, ki povečuje ali zmanjšuje zmogljivost (lahko enako 0) na časovno enoto T.

Konstantnost nivoja kaže na enakost količin dovedene in porabljene tekočine. Ta pogoj je mogoče zagotoviti z vplivanjem na dovod (slika 3, a) ali pretok (slika 3, b) tekočine. V različici regulatorja, prikazani na sliki 3, c, se za stabilizacijo parametra uporabljajo rezultati meritev dovoda tekočine in pretoka.

Impulz nivoja tekočine je korektiven in izključuje kopičenje napak zaradi neizogibnih napak, ki se pojavijo ob spremembi dovoda in pretoka. Izbira regulacijskega zakona je odvisna tudi od zahtevane kakovosti stabilizacije parametrov. V tem primeru je mogoče uporabiti ne samo proporcionalne, ampak tudi pozicijske regulatorje.

riž. 3. Sheme sistemov za regulacijo nivoja: a — z vplivom na napajanje, b in c — z vplivom na pretok medija.

Regulacija tlaka

Konstantnost tlaka, tako kot konstantnost nivoja, kaže materialno ravnovesje predmeta. V splošnem primeru je sprememba tlaka opisana z enačbo:

V (dp / dt) = Gin — Protin + Garr,

kjer je VE prostornina aparata, p je tlak.

Metode nadzora tlaka so podobne metodam nadzora nivoja.

Nadzor temperature

Temperatura je pokazatelj termodinamičnega stanja sistema. Dinamične značilnosti sistema za regulacijo temperature so odvisne od fizikalno-kemijskih parametrov procesa in zasnove aparata. Posebnost takega sistema je velika vztrajnost objekta in pogosto merilnega pretvornika.

Principi izvedbe termoregulatorjev so podobni principom izvedbe nivojskih regulatorjev (slika 2), upoštevajoč nadzor porabe energije v objektu. Izbira regulativnega zakona je odvisna od zagona objekta: večji ko je, bolj kompleksen je regulativni zakon. Časovno konstanto merilnega pretvornika lahko zmanjšamo s povečanjem hitrosti gibanja hladilne tekočine, zmanjšanjem debeline sten zaščitnega pokrova (tulca) itd.

Regulacija sestave izdelkov in parametrov kakovosti

Pri prilagajanju sestave ali kakovosti določenega izdelka je možna situacija, ko se parameter (na primer vlažnost zrn) meri diskretno. V tem primeru sta izguba informacij in zmanjšanje natančnosti procesa dinamičnega prilagajanja neizogibni.

Priporočena shema regulatorja, ki stabilizira vmesni parameter Y (t), katerega vrednost je odvisna od glavnega nadzorovanega parametra - indikatorja kakovosti izdelka Y (ti), je prikazana na sliki 4.

riž. 4. Shema sistema za nadzor kakovosti izdelka: 1 — objekt, 2 — analizator kakovosti, 3 — ekstrapolacijski filter, 4 — računalniška naprava, 5 — regulator.

Računalniška naprava 4 z matematičnim modelom razmerja med parametrima Y (t) in Y (ti) sproti vrednoti oceno kakovosti. Ekstrapolacijski filter 3 poda ocenjeni parameter kakovosti izdelka Y (ti) med dvema meritvama.