Řízení a regulace hlavních technologických parametrů: průtok, hladina, tlak a teplota

Soubor jednotlivých operací tvoří specifické technologické postupy. V obecném případě se technologický proces provádí pomocí technologických operací, které se provádějí paralelně, postupně nebo v kombinaci, kdy se začátek další operace posune oproti začátku předchozí.

Procesní řízení je organizační a technický problém a dnes se řeší vytvářením automatických nebo automatizovaných systémů řízení procesů.

Účelem řízení technologického procesu může být: stabilizace nějaké fyzikální veličiny, její změna podle daného programu nebo ve složitějších případech optimalizace některého sumarizujícího kritéria, nejvyšší produktivita procesu, nejnižší cena výrobku atd.

Mezi typické parametry procesu podléhající kontrole a regulaci patří průtok, hladina, tlak, teplota a řada kvalitativních parametrů.

Uzavřené systémy využívají aktuální informace o výstupních hodnotách, určují odchylku ε (T) regulované hodnoty Y (t) od její stanovené hodnoty Yo) a přijímají opatření ke snížení nebo úplnému odstranění ε(T).

Nejjednodušším příkladem uzavřeného systému, který se nazývá systém regulace odchylky, je systém pro stabilizaci hladiny vody v nádrži, znázorněný na obrázku 1. Systém se skládá z dvoustupňového měřicího převodníku (snímače), zařízení 1 ovládání ( regulátor) a akční mechanismus 3, který ovládá polohu regulačního tělesa (ventilu) 5.

Rýže. 1. Funkční schéma automatického řídicího systému: 1 — regulátor, 2 — snímač hladiny, 3 — pohon, 5 — regulační těleso.

Řízení toku

Systémy řízení průtoku se vyznačují nízkou setrvačností a častými pulzacemi parametrů.

Řízení průtoku obvykle omezuje průtok látky pomocí ventilu nebo šoupátka, mění tlak v potrubí změnou rychlosti pohonu čerpadla nebo stupněm obtoku (odklonění části toku přes další kanály).

Principy použití regulátorů průtoku pro kapalná a plynná média jsou uvedeny na obrázku 2, a, pro sypké materiály — na obrázku 2, b.

Rýže. 2. Schémata řízení průtoku: a — kapalná a plynná média, b — sypké materiály, c — poměry médií.

V praxi automatizace technologických procesů se vyskytují případy, kdy je potřeba stabilizovat průtokový poměr dvou a více médií.

Ve schématu na obr. 2 c je průtok do G1 hlavní a průtok G2 = γG — podřízený, kde γ — poměr průtoku, který se nastavuje v procesu statické regulace regulátoru.

Když se změní hlavní tok G1, regulátor FF proporcionálně změní vedlejší tok G2.

Volba regulačního zákona závisí na požadované kvalitě stabilizace parametrů.

Ovládání úrovně

Systémy řízení hladiny mají stejné vlastnosti jako systémy řízení toku. V obecném případě je chování hladiny popsáno diferenciální rovnicí

D (dl / dt) = gin – dna + Garr,

kde S je plocha vodorovné části nádrže, L je hladina, Gin, Gout je průtok média na vstupu a výstupu, Garr — množství média zvyšující nebo snižující kapacitu (může být rovná 0) za jednotku času T.

Stálost hladiny udává rovnost množství přiváděné a spotřebované kapaliny. Tento stav lze zajistit ovlivněním přívodu (obr. 3, a) nebo průtoku (obr. 3, b) kapaliny. Ve verzi regulátoru znázorněné na obrázku 3, c, jsou výsledky měření přívodu kapaliny a průtoku použity ke stabilizaci parametru.

Impuls hladiny kapaliny je opravný, s vyloučením hromadění chyb v důsledku nevyhnutelných chyb, ke kterým dochází při změně dodávky a průtoku. Volba zákona regulace závisí také na požadované kvalitě stabilizace parametrů. V tomto případě je možné použít nejen proporcionální, ale i polohové regulátory.

Rýže. 3. Schémata systémů regulace hladiny: a — s vlivem na napájení, b a c — s vlivem na průtok média.

Regulace tlaku

Stálost tlaku, stejně jako stálost hladiny, indikuje materiálovou rovnováhu objektu. V obecném případě je změna tlaku popsána rovnicí:

V (dp / dt) = gin – dna + Garr,

kde VE je objem zařízení, p je tlak.

Metody regulace tlaku jsou podobné metodám regulace hladiny.

Regulace teploty

Teplota je ukazatelem termodynamického stavu systému. Dynamické charakteristiky systému regulace teploty závisí na fyzikálně-chemických parametrech procesu a na konstrukci zařízení. Zvláštností takového systému je značná setrvačnost objektu a často i měřicího převodníku.

Principy realizace termoregulátorů jsou obdobné jako principy realizace hladinových regulátorů (obr. 2) s přihlédnutím k řízení spotřeby energie v objektu. Volba regulačního zákona závisí na hybnosti objektu: čím je větší, tím je regulační zákon složitější. Časovou konstantu měřicího převodníku lze snížit zvýšením rychlosti pohybu chladicí kapaliny, zmenšením tloušťky stěn ochranného krytu (objímky) atd.

Regulace složení výrobků a kvalitativních parametrů

Při úpravě složení nebo kvality daného produktu může nastat situace, kdy je parametr (například vlhkost zrna) měřen diskrétně. V této situaci je nevyhnutelná ztráta informací a snížení přesnosti procesu dynamického nastavení.

Doporučené schéma regulátoru, který stabilizuje některý meziparametr Y (t), jehož hodnota závisí na hlavním řízeném parametru — indikátoru kvality produktu Y (ti) je na obrázku 4. Obr.

Rýže. 4. Schéma systému řízení jakosti výrobku: 1 — objekt, 2 — analyzátor kvality, 3 — extrapolační filtr, 4 — výpočetní zařízení, 5 — regulátor.

Výpočetní zařízení 4 pomocí matematického modelu vztahu mezi parametry Y(t) a Y(ti) průběžně vyhodnocuje hodnocení kvality. Extrapolační filtr 3 poskytuje odhadovaný parametr kvality produktu Y(ti) mezi dvěma měřeními.