Controle en regeling van de belangrijkste technologische parameters: debiet, niveau, druk en temperatuur

De set van afzonderlijke bewerkingen vormt specifieke technologische processen. In het algemeen wordt het technologische proces uitgevoerd door middel van technologische bewerkingen die parallel, opeenvolgend of in combinatie worden uitgevoerd, wanneer het begin van de volgende bewerking wordt verschoven ten opzichte van het begin van de vorige.

Procesbeheer is een organisatorisch en technisch probleem en wordt tegenwoordig opgelost door automatische of geautomatiseerde procesbeheersystemen te creëren.

Het doel van technologische procesbeheersing kan zijn: stabilisatie van een fysieke grootheid, de verandering ervan volgens een bepaald programma of in meer complexe gevallen optimalisatie van een samenvattend criterium, hoogste productiviteit van het proces, laagste kosten van het product, enz.

Typische procesparameters die onderhevig zijn aan controle en regeling zijn debiet, niveau, druk, temperatuur en een aantal kwaliteitsparameters.

Gesloten systemen gebruiken de huidige informatie over de uitvoerwaarden, bepalen de afwijking ε (T) gecontroleerde waarde Y (t) van de vastgestelde waarde Yo) en ondernemen acties om ε(T) te verminderen of volledig te elimineren.

Het eenvoudigste voorbeeld van een gesloten systeem, een afwijkingsregelsysteem genoemd, is het systeem voor het stabiliseren van het waterniveau in de tank, weergegeven in figuur 1. Het systeem bestaat uit een tweetraps meetomvormer (sensor), een apparaat 1 besturing ( regelaar) en een actuatormechanisme 3, dat de positie van het regellichaam (klep) 5 regelt.

Rijst. 1. Functioneel schema van het automatische besturingssysteem: 1 — regelaar, 2 — niveaumeetomvormer, 3 — aandrijfmechanisme, 5 — regellichaam.

Stroomcontrole

Flow control-systemen worden gekenmerkt door lage traagheid en frequente parameterpulsaties.

Doorgaans beperkt stroomregeling de stroom van een stof met behulp van een klep of poort, waarbij de druk in de pijpleiding wordt veranderd door de snelheid van de pompaandrijving of de mate van bypass te veranderen (een deel van de stroom door extra kanalen leiden).

De toepassingsprincipes van stroomregelaars voor vloeibare en gasvormige media worden getoond in figuur 2, a, voor bulkmaterialen - in figuur 2, b.

Rijst. 2. Stroomregelingsschema's: a — vloeibare en gasvormige media, b — bulkmaterialen, c — mediaverhoudingen.

In de praktijk van automatisering van technologische processen zijn er gevallen waarin het nodig is om de stroomverhouding van twee of meer media te stabiliseren.

In het schema getoond in figuur 2, c, is de stroom naar G1 de master, en de stroom G2 = γG - slaaf, waarbij γ - de stroomsnelheidsverhouding, die wordt ingesteld tijdens het statische regelen van de regelaar.

Wanneer de hoofdstroom G1 verandert, verandert de FF-controller proportioneel de slaafstroom G2.

De keuze van de regelwet hangt af van de vereiste kwaliteit van parameterstabilisatie.

Level controle

Niveauregelsystemen hebben dezelfde kenmerken als flowregelsystemen. In het algemeen wordt het gedrag van het niveau beschreven door de differentiaalvergelijking

D (dl / dt) = Gin — Jicht +Garr,

waarbij S het gebied is van het horizontale deel van de tank, L is het niveau, Gin, Jicht is de stroomsnelheid van het medium bij de inlaat en uitlaat, Garr - de hoeveelheid medium die de capaciteit verhoogt of verlaagt (kan zijn gelijk aan 0) per tijdseenheid T.

De constantheid van het niveau geeft de gelijkheid aan van de hoeveelheden toegevoerde en verbruikte vloeistof. Deze toestand kan worden gewaarborgd door de toevoer (fig. 3, a) of het debiet (fig. 3, b) van de vloeistof te beïnvloeden. In de versie van de regelaar getoond in figuur 3, c, worden de resultaten van metingen van vloeistoftoevoer en stroomsnelheid gebruikt om de parameter te stabiliseren.

De vloeistofniveaupuls is corrigerend en sluit de accumulatie van fouten uit als gevolg van onvermijdelijke fouten die optreden wanneer de toevoer en het debiet veranderen. De keuze van het regelrecht hangt ook af van de vereiste kwaliteit van parameterstabilisatie. In dit geval is het mogelijk om niet alleen proportionele maar ook positionele regelaars te gebruiken.

Rijst. 3. Schema's van niveauregelsystemen: a — met een effect op de voeding, b en c — met een effect op de stroomsnelheid van het medium.

Drukregeling

Constantheid van druk, zoals constantheid van niveau, geeft de materiële balans van het object aan. In het algemeen wordt de drukverandering beschreven door de vergelijking:

V (dp / dt) = Gin — Jicht +Garr,

waar VE het volume van het apparaat is, is p de druk.

Methoden voor drukregeling zijn vergelijkbaar met methoden voor niveauregeling.

Temperatuurregeling

Temperatuur is een indicator van de thermodynamische toestand van het systeem. De dynamische kenmerken van het temperatuurregelsysteem zijn afhankelijk van de fysisch-chemische parameters van het proces en het ontwerp van het apparaat. De eigenaardigheid van een dergelijk systeem is de aanzienlijke traagheid van het object en vaak van de meetomvormer.

De principes van implementatie van thermoregulatoren zijn vergelijkbaar met de principes van implementatie van niveauregelaars (Fig. 2), rekening houdend met de beheersing van het energieverbruik in de faciliteit. De keuze van het toezichtrecht hangt af van het momentum van het object: hoe groter het is, hoe complexer het toezichtrecht. De tijdconstante van de meetomvormer kan worden verminderd door de bewegingssnelheid van het koelmiddel te verhogen, de dikte van de wanden van de beschermkap (huls) te verminderen, enz.

Regulering van productsamenstelling en kwaliteitsparameters

Bij het aanpassen van de samenstelling of kwaliteit van een bepaald product kan het voorkomen dat een parameter (bijvoorbeeld graanvocht) discreet wordt gemeten. In deze situatie is het verlies van informatie en de vermindering van de nauwkeurigheid van het dynamische aanpassingsproces onvermijdelijk.

Het aanbevolen schema van een regelaar die een tussenliggende parameter Y (t) stabiliseert, waarvan de waarde afhangt van de belangrijkste gecontroleerde parameter - de productkwaliteitsindicator Y (ti) wordt weergegeven in figuur 4.

Rijst. 4. Schema van het productkwaliteitscontrolesysteem: 1 — object, 2 — kwaliteitsanalysator, 3 — extrapolatiefilter, 4 — computerapparaat, 5 — regelaar.

Rekeninrichting 4 evalueert met behulp van een wiskundig model van de relatie tussen de parameters Y(t) en Y(ti) continu de kwaliteitsbeoordeling. Het extrapolatiefilter 3 geeft een geschatte productkwaliteitsparameter Y(ti) tussen twee metingen.