Регулювання витрати - Автоматизація технологічних процесів та об’єктів
До основних технологічних параметрів, що підлягають контролю та регулюванню в хіміко-технологічних процесах, відносять витрату, рівень, тиск, температуру, значення рН та показники якості (концентрацію, щільність, в'язкість та ін.)
Необхідність регулювання витрати виникає при автоматизації будь-якого безперервного процесу. АСР витрати, призначені для стабілізації збурень за матеріальними потоками, є невід'ємною частиною розімкнених систем автоматизації технологічних процесів. На рис.3.4 дано принципову схему об'єкта при регулюванні витрати. Зазвичай таким об'єктом є ділянка трубопроводу між точкою вимірювання витрати (наприклад, місцем установки пристрою 1) і регулюючим органом 2. Довжина цієї ділянки визначається правилами установки пристроїв звуження і регулюючих органів і становить зазвичай кілька метрів. Динаміка каналу "витрата речовини через клапан - витрата речовини через витратомір" наближено описується аперіодичним ланкою першого порядку з чистим запізненням. Час чистого запізнення зазвичай становить частки секунд для газу і кілька секунд – для рідини; значення постійного часу – кілька секунд.
Зважаючи на малу інерційність об'єкта регулювання особливі вимоги пред'являються до вибору засобів автоматизації та методів розрахунку АСР. Зокрема, у промислових установках інерційність ланцюгів контролю та регулювання витрати стає сумірною з інерційністю об'єкта, і її слід враховувати при розрахунку систем регулювання.
Мал. 3.4.Принципова схема об'єкта при регулюванні витрати: 1-вимірювач витрати; 2-регулюючий клапан.
Вибір законів регулювання диктується звичайною необхідною якістюперехідних процесів. Для регулювання витрати без статичної похибки в одноконтурних АСР застосовують ПІ-регулятори. Якщо АСР витрати є внутрішнім контуром у каскадній системі регулювання, регулювання витрати може здійснюватися П-законом регулювання. За наявності високочастотних перешкод сигналу витрати застосування регуляторів з диференціальними складовими в законі регулювання без попереднього згладжування сигналу може призвести до нестійкої роботи системи. Тому в промислових АСР витрати застосування ПД-або ПІД-регуляторів не рекомендується.
У системах регулювання витрати застосовують один із трьох способів зміни витрати:
дроселювання потоку речовини через регулюючий орган, що встановлюється на трубопроводі (клапан, шибер, заслінка);
зміна напору у трубопроводі за допомогою регульованого джерела енергії (наприклад, зміною числа обертів двигуна насоса або кута повороту лопатей вентилятора);
байпасування, тобто. перекидання надлишку речовини з основного трубопроводу до обвідної лінії.
Регулювання витрати після відцентрового насоса здійснюється регулюючим клапаном, що встановлюється на нагнітальному трубопроводі (рис. 3.5, а). Якщо для перекачування рідини використовують поршневий насос, застосування подібної АСР неприпустимо, оскільки при роботі регулятора клапан може повністю закритися, що призведе до розриву трубопроводу (або до помпажу, якщо клапан встановлений на осі насоса). У цьому випадку для регулювання витрати використовують байпасування потоку (рис. 3.5 б).
Мал. 3.5.Схеми регулювання витрати післявідцентрового (а) та поршневого (б) насосів: 1-вимірювач витрати; 2-регулюючий клапан; 3-регулятор; 4-насос.
Регулювання витрати сипких речовин здійснюєтьсязміною ступеня відкриття регулюючої заслінки на виході з бункера (рис. 3.6, а) або зміною швидкості руху стрічки транспортера (рис. 3.6 б).
Вимірювачем витрати при цьому може бути зважуючий пристрій, який визначає масу матеріалу на стрічці транспортера.
Мал. 3.6.Схеми регулювання витрати сипких речовин:
а - зміною ступеня відкриття регулюючої заслінки;
б-зміною швидкості руху транспортера; 1 бункер;
2 – транспортер; 3 – регулятор; 4 - регулююча заслінка;
Регулювання співвідношення витрат двох речовин можна здійснювати за однією із трьох схем, описаних нижче.
1. При незаданій загальної продуктивності витрата однієї речовини (рис.3.7,а) G1, званий "провідним", може змінюватися довільно; друга речовина подається при постійному співвідношенні з першим, так що "відома" витрата дорівнює G1. Іноді замість регулятора співвідношення використовують реле співвідношення і звичайний регулятор однієї змінної (рис.3.7,б). Вихідний сигнал реле 6, що встановлює заданий коефіцієнт співвідношення подається у вигляді завдання регулятору 5, що забезпечує підтримання "відомого" витрати.
2. При заданому "провідному" витраті крім АСР співвідношення застосовують і АСР "провідного" витрати (рис. 3.7, в). При такій схемі у разі зміни завдання витрати G1 автоматично зміниться і витрата G2 (в заданому співвідношенні з G1).
3. АСР співвідношення витрат є внутрішнім контуром у системі регулювання третього технологічного параметра (наприклад, температури в апараті). У цьому заданий коефіцієнт співвідношення встановлюється зовнішнім регулятором залежно від цього параметра, отже G2 = (y) G1 (рис. 3.7, г).
Мал. 3.7Схеми регулювання співвідношеннявитрат:
а, б - при незаданому загальному навантаженні; в - при заданому загальному навантаженні; г - при заданому загальному навантаженні та корекції коефіцієнта співвідношення за третім параметром; 1,2 - вимірювачі витрати; 3 - регулятор співвідношення; 4,7 - регулюючі клапани;
5 – регулятор витрати; 6 – реле співвідношення; 8 – регулятор температури; 9 - пристрій обмеження