Control i regulació dels principals paràmetres tecnològics: cabal, nivell, pressió i temperatura
El conjunt d'operacions individuals forma processos tecnològics específics. En el cas general, el procés tecnològic es realitza mitjançant operacions tecnològiques que es realitzen en paral·lel, seqüencial o combinada, quan l'inici de la següent operació es desplaça respecte a l'inici de l'anterior.
La gestió de processos és un problema organitzatiu i tècnic i avui es soluciona creant sistemes de gestió de processos automàtics o automatitzats.
La finalitat del control tecnològic del procés pot ser: l'estabilització d'alguna quantitat física, el seu canvi segons un programa determinat o en casos més complexos l'optimització d'algun criteri de síntesi, la major productivitat del procés, el menor cost del producte, etc.
Els paràmetres típics del procés subjectes a control i regulació inclouen el cabal, el nivell, la pressió, la temperatura i una sèrie de paràmetres de qualitat.
Els sistemes tancats utilitzen la informació actual sobre els valors de sortida, determinen la desviació ε (T) valor controlat Y (t) del seu valor determinat Yo) i prenen accions per reduir o eliminar completament ε (T).
L'exemple més senzill d'un sistema tancat, anomenat sistema de control de desviació, és el sistema d'estabilització del nivell d'aigua al dipòsit, que es mostra a la figura 1. El sistema consta d'un transductor de mesura de dues etapes (sensor), un dispositiu de control 1 ( regulador) i un mecanisme actuador 3, que controla la posició del cos regulador (vàlvula) 5.
Arròs. 1. Esquema funcional del sistema de control automàtic: 1 — regulador, 2 — transductor de mesura de nivell, 3 — mecanisme d'accionament, 5 — cos regulador.
Control de flux
Els sistemes de control de cabal es caracteritzen per una baixa inèrcia i freqüents pulsacions dels paràmetres.
Normalment, el control de flux restringeix el flux d'una substància mitjançant una vàlvula o una comporta, canviant la pressió a la canonada canviant la velocitat de l'accionament de la bomba o el grau de bypass (desviant part del flux per canals addicionals).
Els principis d'aplicació dels reguladors de flux per a mitjans líquids i gasosos es mostren a la figura 2, a, per a materials a granel, a la figura 2, b.
Arròs. 2. Esquemes de control de cabal: a — mitjans líquids i gasosos, b — materials a granel, c — relacions de medis.
En la pràctica d'automatització de processos tecnològics, hi ha casos en què cal estabilitzar la relació de flux de dos o més mitjans.
A l'esquema que es mostra a la figura 2, c, el flux a G1 és el mestre i el flux G2 = γG - esclau, on γ - la relació de cabal, que s'estableix en el procés de regulació estàtica del regulador.
Quan el flux mestre G1 canvia, el controlador FF canvia proporcionalment el flux esclau G2.
L'elecció de la llei de control depèn de la qualitat requerida d'estabilització dels paràmetres.
Control de nivell
Els sistemes de control de nivell tenen les mateixes característiques que els sistemes de control de cabal. En el cas general, el comportament del nivell es descriu per l'equació diferencial
D (dl / dt) = Gin — Gota + Garr,
on S és l'àrea de la part horitzontal del dipòsit, L és el nivell, Gin, Gota és el cabal del medi a l'entrada i la sortida, Garr - la quantitat de mitjà que augmenta o disminueix la capacitat (pot ser igual a 0) per unitat de temps T.
La constància del nivell indica la igualtat de les quantitats de líquid subministrat i consumit. Aquesta condició es pot assegurar influint en el subministrament (Fig. 3, a) o el cabal (Fig. 3, b) del líquid. A la versió del regulador que es mostra a la figura 3, c, els resultats de les mesures del subministrament de líquid i el cabal s'utilitzen per estabilitzar el paràmetre.
El pols del nivell de líquid és correctiu, excloent l'acumulació d'errors a causa d'errors inevitables que es produeixen quan canvien el subministrament i el cabal. L'elecció de la llei de regulació també depèn de la qualitat requerida d'estabilització dels paràmetres. En aquest cas, és possible utilitzar no només controladors proporcionals sinó també de posició.
Arròs. 3. Esquemes de sistemes de control de nivell: a — amb efecte sobre l'alimentació, b i c — amb efecte sobre el cabal del medi.
Regulació de la pressió
La constància de la pressió, com la constància del nivell, indica l'equilibri material de l'objecte. En el cas general, el canvi de pressió es descriu per l'equació:
V (dp / dt) = Gin — Gota + Garr,
on VE és el volum de l'aparell, p és la pressió.
Els mètodes de control de pressió són similars als mètodes de control de nivell.
Control de temperatura
La temperatura és un indicador de l'estat termodinàmic del sistema. Les característiques dinàmiques del sistema de control de temperatura depenen dels paràmetres fisicoquímics del procés i del disseny de l'aparell. La peculiaritat d'aquest sistema és la important inèrcia de l'objecte i sovint del transductor de mesura.
Els principis d'implantació dels termoreguladors són similars als principis d'implantació dels reguladors de nivell (Fig. 2), tenint en compte el control del consum d'energia a la instal·lació. L'elecció de la llei reguladora depèn de l'impuls de l'objecte: com més gran és, més complexa és la llei reguladora. La constant de temps del transductor de mesura es pot reduir augmentant la velocitat de moviment del refrigerant, reduint el gruix de les parets de la coberta protectora (maniga), etc.
Regulació de la composició del producte i paràmetres de qualitat
Quan s'ajusta la composició o la qualitat d'un producte determinat, és possible una situació en què un paràmetre (per exemple, la humitat del gra) es mesura discretament. En aquesta situació, la pèrdua d'informació i la reducció de la precisió del procés d'ajust dinàmic són inevitables.
A la figura 4 es mostra l'esquema recomanat d'un regulador que estabilitza algun paràmetre intermedi Y (t), el valor del qual depèn del paràmetre controlat principal: l'indicador de qualitat del producte Y (ti).
Arròs. 4. Esquema del sistema de control de qualitat del producte: 1 — objecte, 2 — analitzador de qualitat, 3 — filtre d'extrapolació, 4 — dispositiu informàtic, 5 — regulador.
El dispositiu informàtic 4, utilitzant un model matemàtic de la relació entre els paràmetres Y (t) i Y (ti), avalua contínuament la qualificació de qualitat. El filtre d'extrapolació 3 proporciona un paràmetre estimat de qualitat del producte Y (ti) entre dues mesures.