Riadenie a regulácia hlavných technologických parametrov: prietok, hladina, tlak a teplota

Súbor jednotlivých operácií tvorí špecifické technologické procesy. Vo všeobecnom prípade sa technologický proces uskutočňuje pomocou technologických operácií, ktoré sa vykonávajú paralelne, postupne alebo v kombinácii, keď sa začiatok ďalšej operácie posunie oproti začiatku predchádzajúcej.

Procesné riadenie je organizačný a technický problém a dnes sa rieši vytváraním automatických alebo automatizovaných systémov riadenia procesov.

Účelom riadenia technologického procesu môže byť: stabilizácia niektorej fyzikálnej veličiny, jej zmena podľa daného programu alebo v zložitejších prípadoch optimalizácia niektorého sumarizujúceho kritéria, najvyššia produktivita procesu, najnižšia cena výrobku a pod.

Typické parametre procesu podliehajúce kontrole a regulácii zahŕňajú prietok, hladinu, tlak, teplotu a množstvo kvalitatívnych parametrov.

Uzavreté systémy využívajú aktuálne informácie o výstupných hodnotách, určujú odchýlku ε (T) regulovanej hodnoty Y (t) od jej určenej hodnoty Yo) a prijímajú opatrenia na zníženie alebo úplné odstránenie ε(T).

Najjednoduchším príkladom uzavretého systému, ktorý sa nazýva systém regulácie odchýlky, je systém stabilizácie hladiny vody v nádrži, znázornený na obrázku 1. Systém pozostáva z dvojstupňového meracieho prevodníka (snímača), zariadenia 1 ovládania ( regulátor) a akčný mechanizmus 3, ktorý riadi polohu regulačného telesa (ventilu) 5.

Ryža. 1. Funkčná schéma automatického riadiaceho systému: 1 — regulátor, 2 — prevodník na meranie hladiny, 3 — pohonný mechanizmus, 5 — regulačný orgán.

Kontrola prietoku

Systémy riadenia prietoku sa vyznačujú nízkou zotrvačnosťou a častými pulzáciami parametrov.

Regulácia prietoku zvyčajne obmedzuje prietok látky pomocou ventilu alebo brány, pričom sa mení tlak v potrubí zmenou rýchlosti pohonu čerpadla alebo stupňa obtoku (odklonením časti toku cez ďalšie kanály).

Princípy použitia regulátorov prietoku pre kvapalné a plynné médiá sú znázornené na obrázku 2, a, pre sypké materiály — na obrázku 2, b.

Ryža. 2. Schémy riadenia toku: a — kvapalné a plynné médiá, b — sypké materiály, c — pomery médií.

V praxi automatizácie technologických procesov sa vyskytujú prípady, kedy je potrebné stabilizovať prietokový pomer dvoch alebo viacerých médií.

V schéme znázornenej na obrázku 2 c je prietok do G1 nadriadený a prietok G2 = γG — podriadený, kde γ — pomer prietoku, ktorý sa nastavuje v procese statickej regulácie regulátora.

Keď sa zmení hlavný tok G1, regulátor FF proporcionálne zmení podriadený tok G2.

Voľba regulačného zákona závisí od požadovanej kvality stabilizácie parametrov.

Kontrola úrovne

Systémy riadenia hladiny majú rovnaké vlastnosti ako systémy riadenia prietoku. Vo všeobecnom prípade je správanie hladiny opísané diferenciálnou rovnicou

D (dl / dt) = gin – dna + Garr,

kde S je plocha horizontálnej časti nádrže, L je hladina, Gin, Gout je prietok média na vstupe a výstupe, Garr - množstvo média zvyšujúce alebo znižujúce kapacitu (môže byť rovná 0) za jednotku času T.

Stálosť hladiny udáva rovnosť množstiev dodávanej a spotrebovanej kvapaliny. Tento stav možno zabezpečiť ovplyvnením prívodu (obr. 3, a) alebo prietoku (obr. 3, b) kvapaliny. Vo verzii regulátora znázornenej na obrázku 3, c sa na stabilizáciu parametra používajú výsledky meraní prívodu kvapaliny a prietoku.

Impulz hladiny kvapaliny je korekčný, s vylúčením akumulácie chýb v dôsledku nevyhnutných chýb, ktoré sa vyskytujú pri zmene dodávky a prietoku. Voľba regulačného zákona závisí aj od požadovanej kvality stabilizácie parametrov. V tomto prípade je možné použiť nielen proporcionálne, ale aj polohové regulátory.

Ryža. 3. Schémy systémov riadenia hladiny: a — s vplyvom na napájanie, b a c — s vplyvom na prietok média.

Regulácia tlaku

Stálosť tlaku, rovnako ako stálosť hladiny, indikuje materiálovú rovnováhu objektu. Vo všeobecnom prípade je zmena tlaku opísaná rovnicou:

V (dp / dt) = gin – dna + Garr,

kde VE je objem prístroja, p je tlak.

Metódy kontroly tlaku sú podobné metódam kontroly úrovne.

Ovládanie teploty

Teplota je indikátorom termodynamického stavu systému. Dynamické charakteristiky systému regulácie teploty závisia od fyzikálno-chemických parametrov procesu a konštrukcie zariadenia. Zvláštnosťou takéhoto systému je značná zotrvačnosť objektu a často aj meracieho prevodníka.

Princípy realizácie termoregulátorov sú obdobné ako princípy realizácie hladinových regulátorov (obr. 2) s prihliadnutím na kontrolu spotreby energie v objekte. Výber regulačného zákona závisí od hybnosti objektu: čím je väčší, tým je regulačný zákon zložitejší. Časovú konštantu meracieho prevodníka je možné znížiť zvýšením rýchlosti pohybu chladiacej kvapaliny, zmenšením hrúbky stien ochranného krytu (objímky) atď.

Regulácia zloženia výrobkov a kvalitatívnych parametrov

Pri úprave zloženia alebo kvality daného produktu môže nastať situácia, keď sa parameter (napríklad vlhkosť zrna) meria diskrétne. V tejto situácii je nevyhnutná strata informácií a zníženie presnosti procesu dynamického nastavenia.

Odporúčaná schéma regulátora, ktorý stabilizuje nejaký medziparameter Y (t), ktorého hodnota závisí od hlavného kontrolovaného parametra — indikátora kvality produktu Y (ti) je znázornená na obrázku 4.

Ryža. 4. Schéma systému kontroly kvality výrobku: 1 — objekt, 2 — analyzátor kvality, 3 — extrapolačný filter, 4 — výpočtové zariadenie, 5 — regulátor.

Výpočtové zariadenie 4 pomocou matematického modelu vzťahu medzi parametrami Y(t) a Y(ti) priebežne vyhodnocuje hodnotenie kvality. Extrapolačný filter 3 poskytuje odhadovaný parameter kvality produktu Y(ti) medzi dvoma meraniami.