Controllo e regolazione dei principali parametri tecnologici: portata, livello, pressione e temperatura

L'insieme delle singole operazioni forma specifici processi tecnologici. Nel caso generale, il processo tecnologico viene eseguito mediante operazioni tecnologiche che vengono eseguite in parallelo, in sequenza o in combinazione, quando l'inizio dell'operazione successiva viene spostato rispetto all'inizio della precedente.

La gestione dei processi è un problema organizzativo e tecnico e oggi viene risolto creando sistemi di gestione dei processi automatici o automatizzati.

Lo scopo del controllo del processo tecnologico può essere: la stabilizzazione di una certa quantità fisica, il suo cambiamento secondo un dato programma o in casi più complessi l'ottimizzazione di qualche criterio riassuntivo, la massima produttività del processo, il minor costo del prodotto, ecc.

I tipici parametri di processo soggetti a controllo e regolazione includono portata, livello, pressione, temperatura e una serie di parametri di qualità.

I sistemi chiusi utilizzano le informazioni correnti sui valori di uscita, determinano la deviazione ε (T) valore controllato Y (t) dal suo valore determinato Yo) e intraprendono azioni per ridurre o eliminare completamente ε(T).

L'esempio più semplice di un sistema chiuso, chiamato sistema di controllo della deviazione, è il sistema per stabilizzare il livello dell'acqua nel serbatoio, mostrato in Figura 1. Il sistema è costituito da un trasduttore di misura a due stadi (sensore), un dispositivo 1 controllo ( regolatore) e un meccanismo attuatore 3, che controlla la posizione del corpo di regolazione (valvola) 5.

Riso. 1. Schema funzionale del sistema di controllo automatico: 1 - regolatore, 2 - trasduttore di livello, 3 - meccanismo di azionamento, 5 - corpo di regolazione.

Controllo del flusso

I sistemi di controllo del flusso sono caratterizzati da bassa inerzia e frequenti pulsazioni dei parametri.

In genere, il controllo del flusso limita il flusso di una sostanza utilizzando una valvola o una saracinesca, modificando la pressione nella tubazione modificando la velocità dell'azionamento della pompa o il grado di bypass (deviando parte del flusso attraverso canali aggiuntivi).

I principi di applicazione dei regolatori di flusso per fluidi liquidi e gassosi sono mostrati in figura 2, a, per materiali sfusi — in figura 2, b.

Riso. 2. Schemi di controllo del flusso: a - mezzi liquidi e gassosi, b - materiali sfusi, c - rapporti dei mezzi.

Nella pratica dell'automazione dei processi tecnologici, ci sono casi in cui è necessario stabilizzare il rapporto di flusso di due o più fluidi.

Nello schema mostrato nella Figura 2, c, il flusso a G1 è il master e il flusso G2 = γG — slave, dove γ — il rapporto di portata, che viene impostato nel processo di regolazione statica del regolatore.

Quando il flusso master G1 cambia, il regolatore FF modifica proporzionalmente il flusso slave G2.

La scelta della legge di controllo dipende dalla qualità richiesta della stabilizzazione dei parametri.

Controllo del livello

I sistemi di controllo del livello hanno le stesse caratteristiche dei sistemi di controllo del flusso. Nel caso generale, l'andamento del livello è descritto dall'equazione differenziale

D (dl / dt) = Gin — Gotta + Garr,

dove S è l'area della parte orizzontale del serbatoio, L è il livello, Gin, Gout è la portata del mezzo all'ingresso e all'uscita, Garr - la quantità di mezzo che aumenta o diminuisce la capacità (può essere uguale a 0) per unità di tempo T.

La costanza del livello indica l'uguaglianza delle quantità di liquido erogato e consumato. Questa condizione può essere assicurata influenzando l'alimentazione (Fig. 3, a) o la portata (Fig. 3, b) del liquido. Nella versione del regolatore mostrata in Figura 3, c, i risultati delle misurazioni dell'alimentazione e della portata del liquido vengono utilizzati per stabilizzare il parametro.

L'impulso di livello del liquido è correttivo, escludendo l'accumulo di errori dovuti a errori inevitabili che si verificano al variare dell'alimentazione e della portata. La scelta della legge di regolazione dipende anche dalla qualità richiesta di stabilizzazione dei parametri. In questo caso è possibile utilizzare regolatori non solo proporzionali ma anche posizionali.

Riso. 3. Schemi dei sistemi di controllo del livello: a - con effetto sull'alimentazione, b e c - con effetto sulla portata del fluido.

Regolazione della pressione

La costanza della pressione, come la costanza del livello, indica l'equilibrio materiale dell'oggetto. Nel caso generale, la variazione di pressione è descritta dall'equazione:

V (dp / dt) = Gin — Gotta + Garr,

dove VE è il volume dell'apparato, p è la pressione.

I metodi di controllo della pressione sono simili ai metodi di controllo del livello.

Controllo della temperatura

La temperatura è un indicatore dello stato termodinamico del sistema. Le caratteristiche dinamiche del sistema di controllo della temperatura dipendono dai parametri fisico-chimici del processo e dalla progettazione dell'apparato. La particolarità di un tale sistema è la notevole inerzia dell'oggetto e spesso del trasduttore di misura.

I principi di implementazione dei termoregolatori sono simili ai principi di implementazione dei regolatori di livello (Fig. 2), tenendo conto del controllo del consumo energetico nell'impianto. La scelta della legge regolatrice dipende dalla quantità di moto dell'oggetto: più è grande, più complessa è la legge regolatrice. La costante di tempo del trasduttore di misura può essere ridotta aumentando la velocità di movimento del refrigerante, riducendo lo spessore delle pareti della copertura protettiva (manicotto), ecc.

Regolazione della composizione del prodotto e dei parametri di qualità

Quando si regola la composizione o la qualità di un determinato prodotto, è possibile una situazione in cui un parametro (ad esempio, l'umidità del grano) viene misurato in modo discreto. In questa situazione, la perdita di informazioni e la riduzione dell'accuratezza del processo di aggiustamento dinamico sono inevitabili.

Lo schema raccomandato di un regolatore che stabilizza un parametro intermedio Y (t), il cui valore dipende dal principale parametro controllato - l'indicatore di qualità del prodotto Y (ti) è mostrato nella Figura 4.

Riso. 4. Schema del sistema di controllo della qualità del prodotto: 1 — oggetto, 2 — analizzatore di qualità, 3 — filtro di estrapolazione, 4 — dispositivo informatico, 5 — regolatore.

Il dispositivo di calcolo 4, utilizzando un modello matematico della relazione tra i parametri Y (t) e Y (ti), valuta in continuo la valutazione della qualità. Il filtro di estrapolazione 3 fornisce un parametro di qualità del prodotto stimato Y (ti) tra due misurazioni.