Типові схеми автоматичного регулювання технологічних змінних (витрати, тиску,
Незважаючи на невелику різноманітність технологічних процесів хімічної промисловості, всі вони складаються з окремих технологічних операцій, кожну з яких можна, як сказано вище, віднести до однієї з наступних груп типових процесів: механічні, гідродинамічні, теплові, масообмінні, хімічні (реакторні), термодинамічні. В основі процесів кожної групи лежать загальні фізико-хімічні закономірності, що зумовлює значну схожість їх властивостей як об'єктів автоматизації.
Завдяки цьому виявляється можлива розробка типових схем автоматизації для об'єктів кожної групи. Проте, однієї технологічної ознаки замало типізації об'єктів автоматизації, т.к. процеси однієї групи можуть мати різне апаратурне оформлення (наприклад, сушіння в барабанній сушарці або сушарці з киплячим шаром) і, як об'єкти автоматизації, істотно відрізнятися за своїми властивостями. Отже, лише поєднання двох ознак - типу технологічного процесу типу апарату, у якому цей процес здійснюється, повністю визначає типовий об'єкт автоматичного регулювання у хімічному виробництві.
Для кожного типового об'єкта можна розробити один або кілька варіантів систем автоматизації.
АСР витрати. Найчастіше виникає завдання регулювання витрати газу, рідини або пари, що транспортується трубопроводом. Регулювання витрати в такій системі здійснюється шляхом дроселювання потоку, яке залежить від ступеня відкриття регулюючого клапана (див. рис. 7.2):
Малюнок 7.2 – Найпростіша АСР витрати
Об'єктом регулювання фактичноє ділянка трубопроводу між датчиком витрати та регулюючим клапаном, який можна вважати безінерційною підсилювальною ланкою. Отже, динамічна характеристика заданої частини АСР визначається лише динамічними властивостями датчика витрати та регулюючого органу. Для підтримки заданої величини витрати без залишкового відхилення АСР витрати зазвичай застосовуються ПІ-регулятори.
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 в трубопроводі за допомогою регульованого джерела енергії (наприклад, зміною числа обертів двигуна насоса або кута повороту лопатей вентилятора);
-байпасування, тобто переріс надлишку речовини з основного трубопроводу в обвідну лінію.
Регулювання витрати після відцентрового насоса здійснюється регулюючим клапаном, що встановлюється на нагнітальному трубопроводі (рис. 7.3 а). При використанні поршневого насоса застосування подібної АСР неприпустимо, оскільки при роботі регулятора клапан може закритися повністю, що призведе до розриву трубопроводу (або до помпажу, якщо клапан встановлений на всмоктуванні насоса). У цьому випадку для регулювання витрати використовують байпасування потоку (Малюнок 7.3, б).
1 – вимірювач витрати; 2 – регулюючий клапан; 3 – регулятор; 4 – насос.
Малюнок 7.3 - Схеми регулювання витрати після відцентрового (а) та поршневого (б) насосів.
Регулює витрати методом дроселювання потоку в байпасному трубопроводі. З використанням поршневих насосів регулюючі органи не можна встановлювати на напірному трубопроводі, т.к.зміна ступеня відкриття такого органу призводить лише до зміни тиску в нагнітальній лінії, витрата залишається постійним. Повне закриття регулюючого органу може спричинити поломку насоса. У такому разі регулюючий орган встановлюється на байпасній лінії, що з'єднує всмоктувальний та нагнітальний трубопроводи (рисунок 7.3, 6).
Недоліком цього способу регулювання є низька економічність. Економічнішим є метод регулювання зміною показників роботи насоса: числа обертів валу, ходу поршня, кута нахилу лопатей.
Кількість обертів валу можна змінити:
1. Перемиканням обмотки статора на різну кількість пар полюсів,
2. Введенням реостату в ланцюг ротора двигуна
3. Зміною частоти струму,
4. Застосовуючи регульовані муфти ковзання між насосом та асинхронним двигуном.
Регулювання витрати сипких речовин здійснюється зміною ступеня відкриття регулюючої заслінки на виході з бункера (рис 7.4 а), або зміною швидкості руху стрічки транспортера. Вимірювачем витрати при такому варіанті служить пристрій, що зважує, яке визначає масу матеріалу на стрічці транспортера (рис 7.4, б).
1 – бункер. 2 – транспортер; 3 – регулятор; 4 – регулююча заслінка; 5 – електродвигун
Малюнок 7.4. Схеми регулювання витрат сипучих речовин:
Регулювання співвідношення витрат двох речовин можна здійснювати трьома способами:
- при незаданій загальної продуктивності витрата однієї речовини (рисунок 7.5 а) G1, званий «провідним», може змінюватися довільно; друга речовина подається при постійному співвідношенні з першим, так що «відомий» витрата дорівнює JG1. Іноді замість регулятора співвідношення використовують релеспіввідношення та звичайний регулятор для однієї змінної (рисунок 7.5 б). Вихідний сигнал реле 6, що встановлює заданий коефіцієнт співвідношення γ, подається у вигляді завдання регулятору 5, що забезпечує підтримку відомого витрати.
- При заданій "провідній" витраті крім АСР співвідношення застосовують і АСР "провідного" витрати (рис. 7.5, в). При такій схемі у разі зміни завдання витрати G1 автоматично зміниться і витрата G2 (в заданому співвідношенні з G1).
- При заданому загальному навантаженні та корекції коефіцієнта за третім параметром. АСР співвідношення витрат є внутрішнім контуром у системі регулювання третього технологічного параметра (наприклад, температури в апараті). При цьому заданий коефіцієнт співвідношення встановлюється зовнішнім регулятором залежно від цього параметра, тому G2 = JfyJG1 (рисунок 7.5, г). Особливість налаштування каскадних АСР полягає в тому, що на завдання внутрішньому регулятору встановлюють обмеження хрн 0 р + Δ повністю відкритий, а при хр = х 0 р - Δ - повністю закритий (крива 2). Таким чином, при незначному відхиленні рН від рН 0 коли х 0 р - Δ 0 р + Δ, ступінь відкриття клапана 1 практично не змінюється, і регулювання ведеться клапаном 2. Якщо хр - х 0 р, клапан 2 залишається в крайньому положенні, та регулювання здійснюється клапаном 1.
На другому і третьому ділянках статичної характеристики (Малюнок 3.12 б) її лінійна апроксимація справедлива лише в дуже вузькому діапазоні зміни рН, і в реальних умовах помилка регулювання за рахунок лінеаризації може виявитися неприпустимо великою. У цьому випадку точніші результати дає кусково-лінійна апроксимація (рисунок 7.18), при якій лінеаризований об'єкт має змінний коефіцієнт посилення.
Малюнок 7.18 - Шматково-лінійна апроксимація статичної характеристики об'єкта при регулюванні рН
На малюнку 7.19 наведено структурну схему такої АСР. Залежно від неузгодженості рН включається в роботу один із регуляторів, налаштований на відповідний коефіцієнт посилення об'єкта.
Малюнок 7.19 - Структурна схема системи регулювання рН із двома регуляторами.
АСР параметрів складу та якості. У процесах хімічної технології велику роль відіграє точне підтримання якісних параметрів продуктів (концентрація певної речовини в потоці тощо). Ці параметри важко виміряти. У деяких випадках для вимірювання складу використовують хроматографи, які видають результати вимірювання дискретні моменти часу (за тривалістю циклу роботи хроматографа).
Дискретність вимірювання може призвести до значних додаткових запізнювань та зниження динамічної точності регулювання. Щоб зменшити небажаний вплив затримки вимірювання, використовують модель зв'язку якості продукту зі змінними, які безперервно вимірюють. Ця модель може бути досить простою; Коефіцієнти моделі уточнюють, порівнюючи розраховане за нею і знайдене в результаті чергового аналізу значення якісного параметра.
Таким чином, одним із раціональних способів регулювання якості є регулювання за непрямим обчислюваним показником з уточненням алгоритму його розрахунку поданим прямих аналізів. У проміжках між вимірюваннями показник якості продукту може бути розрахований екстраполяцією раніше виміряних значень. Блок-схема системи регулювання параметра якості продукту показано малюнку 7.20. Обчислювальний пристрій у загальному випадку безперервно розраховує оцінку показникаякості
в якій перший доданок відображає залежність від безперервно вимірюваних змінних процесу або величин, динамічно з ними пов'язаних, наприклад похідних, а друге - від виходу фільтра, що екстраполює.
Для підвищення точності регулювання складу та якості застосовують прилади з пристроєм автоматичного калібрування. У цьому випадку система управління здійснює періодичне калібрування аналізаторів складу, коригуючи їх характеристики.
1 – об'єкт; 2-аналізатор якості; 3 – обчислювальний пристрій; 4 – регулятор
Малюнок 7.20 -. Блок-схема АСР параметра якості продукту:
Як приклад розглянемо процес прийняття рішень при автоматизації одного з поширених типових процесів.
Автоматизація процесу перемішування. Загальна характеристика процесів перемішування рідких середовищах. Перемішування - гідромеханічний процес взаємного переміщення частинок в рідкому середовищі з метою їх рівномірного розподілу в усьому обсязі під дією імпульсу, що передається середовищі мішалкою, струменем рідини або газу.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно