ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 192
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Регулирование основных технологических параметров
Локальные системы управления
Общая задача управления технологическим процессом формулируется как задача максимизации (минимизации) некоторого критерия (себестоимости, энергозатрат, прибыли) при выполнении ограничений на технологические параметры, накладываемых регламентом.
Решение такой задачи для всего процесса в целом трудоемко, или практически невозможно ввиду большого числа факторов, влияющих на ход процесса.
Поэтому весь процесс разбивают на отдельные участки, которые характеризуются сравнительно небольшим числом переменных.
Обычно эти участки совпадают с законченными технологическими стадиями, для которых могут быть сформулированы свои подзадачи управления, подчиненные общей задаче управления процессом в целом.
Задачи управления отдельными стадиями направлены на оптимизацию (в частном случае, стабилизацию) технологического параметра или критерия, легко вычисляемого по измеренным режимным параметрам (производительность, концентрация продукта, степень превращения, расход энергии).
Оптимизацию критерия проводят в рамках ограничений, задаваемых технологическим регламентом.
На основании задачи оптимального управления отдельными стадиями процесса формулируют задачи автоматического регулирования технологических параметров для отдельных аппаратов.
Важным этапом в разработке системы автоматизации является анализ основных аппаратов как объектов регулирования, т. е. выявление всех существенных входных и выходных переменных и анализ статических и динамических характеристик каналов возмущения и регулирования.
Исходными данными при этом служат математическая модель процесса и (как первое приближение) статическая модель в виде уравнений материального и теплового балансов.
На основе этих уравнений с учетом реальных условий работы аппарата все существенные факторы, влияющие на процесс, разбиваются на следующие группы:
Возмущения, допускающие стабилизацию - это независимые технологические параметры, которые могут испытывать существенные колебания, однако по условиям работы могут быть стабилизированы с помощью автоматической системы регулирования.
К таким параметрам обычно относятся некоторые показатели входных потоков.
Например, расход питания можно стабилизировать, если перед аппаратом имеется буферная емкость, сглаживающая колебания расхода на выходе из предыдущего аппарата; стабилизация температуры питания возможна, если перед аппаратом установлен теплообменник, и т. п.
При проектировании системы управления целесообразно предусмотреть автоматическую стабилизацию таких возмущений.
Это позволит повысить качество управления процессом в целом.
В простейших случаях на основе таких систем автоматической стабилизации возмущений строят разомкнутую (относительно основного показателя процесса) систему автоматизации, обеспечивающую устойчивое ведение процесса в рамках технологического регламента.
Контролируемые возмущения - это те возмущения, которые можно измерить, но невозможно или недопустимо стабилизировать (расход питания, подаваемого непосредственно из предыдущего аппарата; температура окружающей среды и т п.).
Наличие существенных нестабилизируемых возмущений требует применения либо замкнутых по основному показателю процесса систем регулирования, либо комбинированных САР, в которых качество регулирования повышается введением динамической компенсации возмущения.
Неконтролируемые возмущения - возмущения, которые невозможно или нецелесообразно измерять непосредственно.
Первые - это падение активности катализатора изменение коэффициентов тепло- и массопередачи и т. п.
Примером тому может служить давление греющего пара в заводской сети, которое колеблется случайным образом и является источником возмущения в тепловых процессах.
Выявление возможных неконтролируемых возмущений -важный этап в исследовании процесса и разработке системы управления.
Наличие таких возмущений требует, как и в предыдущем случае, обязательного применения замкнутых по основному показателю процесса систем автоматизации.
Возможные регулирующие воздействия
Возможные регулирующие воздействия – это материальные или тепловые потоки, которые можно изменять автоматически для поддержания регулируемых параметров.
Выходные переменные
Выходные переменные. Из их числа выбирают регулируемые координаты.
При построении замкнутых систем регулирования в качестве регулируемых координат выбирают технологические параметры, изменение которых свидетельствует о нарушении материального или теплового баланса в аппарате.
К ним относятся: уровень жидкости - показатель баланса по жидкой фазе; давление - показатель баланса по газовой фазе; температура - показатель теплового баланса в аппарате; концентрация - показатель материального баланса по компоненту.
Анализ возможных регулирующих воздействий и выходных координат объекта позволяет выбрать каналы регулирования для проектируемых систем.
При этом в одних случаях решение определяется однозначно, а в других имеется возможность выбора, как регулируемой координаты, так и регулирующего воздействия для заданного выхода.
Окончательный выбор каналов регулирования проводят на основе сравнительного анализа статических и динамических характеристик различных каналов.
При этом учитывают такие показатели, как коэффициент усиления, время чистого запаздывания, его отношение к наибольшей постоянной времени канала τ/Т.
На основе анализа технологического процесса как объекта регулирования проектируют систему автоматизации, обеспечивающую решение поставленной задачи регулирования.
Начинают с проектирования одноконтурных САР отдельных параметров: они наиболее просты в наладке и надежны в работе, поэтому широко используются при автоматизации технологических объектов.
Однако при неблагоприятных динамических характеристиках каналов регулирования (большом чистом запаздывании, большом отношении τ/Т) даже в случае оптимальных настроек регуляторов качество переходных процессов в одноконтурных САР может оказаться неудовлетворительным.
Для таких объектов анализируют возможность построения многоконтурных САР, в которых качество регулирования можно повысить, усложняя схемы автоматизации, т. е. применяя каскадные, комбинированные, взаимосвязанные САР.
Окончательное решение о применении той или иной схемы автоматизации принимают после моделирования различных САР и сравнения качества получаемых процессов регулирования.
Регулирование расхода
Объект управления: участок трубопровода
1 – измеритель расхода;
2 – регулирующий клапан;
l определяется правилами установки сужающих устройств и обычно составляет несколько метров.
Система регулирования расхода характеризуется двумя особенности:
малая инерционность объекта регулирования;
существование высокочастотных составляющих в сигнале изменения расхода, связанных с пульсацией давления в трубопроводе.
Объектом управления является участок трубопровода между точкой измерения расхода и регулирующим органом.
Структурная схема САР расхода
Способы регулирования расхода
В системах регулирования расхода применяют один из трех способов регулирования расхода:
дросселирование вещества через регулирующий орган, устанавливаемый на трубопроводе (клапан, шибер, заслонка);
изменение напора в трубопроводе с помощью регулируемого источника энергии (например, изменением числа оборотов двигателя насоса или угла поворота лопастей вентилятора);
байпасирование, т.е. переброс избытка вещества в обводную линию.
Регулирование расхода с помощью дросселирования вещества
1 – измеритель расхода
2 – регулирующий клапан
3 – регулятор
4 – насос
Ограничения применения САР с помощью дросселирования вещества
При использовании, например, поршневого насоса, применение САР расхода с помощью дросселирования вещества может привести к случаю полного закрытия клапана, что приведет к разрыву трубопровода или выходу из строя насоса.
В этом случае используется метод регулирования расхода с помощью байпасирования.
Регулирование расхода с помощью байпасирования
1 – измеритель расхода
2 – регулирующий клапан
3 – регулятор
4 – насос
Регулирование расхода сыпучих веществ
1 – бункер
2 – транспортер
3 – регулятор
4 – регулирующая заслонка
5 – электродвигатель
Регулирование расхода сыпучих веществ осуществляется изменением степени открытия регулирующей заслонки на выходе из бункера (а), либо изменением скорости движения ленты транспортера.
Локальные системы управления
Типы САР соотношения расходов
Регулирование соотношения расходов двух веществ можно осуществлять тремя способами:
Регулирование соотношения расходов
1, 2 – измерители расходов
3 – регулятор соотношения
4 – регулирующий клапан
5 – регулятор расхода
6 – реле соотношения
При незаданной общей производительности расход одного вещества G1, называемый «ведущим», может меняться произвольно; второе вещество подастся при постоянном соотношении у с первым, так что «ведомый» расход равен y*G1.
Иногда вместо регулятора соотношения используют реле соотношения и обычный регулятор для одной переменной.
Выходной сигнал реле 6, устанавливающего заданный коэффициент соотношения у, подастся в виде задания регулятору 5, обеспечивающему поддержание «ведомого» расхода.
Регулирование соотношения расходов
1, 2 – измерители расходов
3 – регулятор соотношения
4, 7 – регулирующие клапаны
5 – регулятор расхода
При заданном «ведущем» расходе кроме САР соотношения применяют и САР «ведущего» расхода.
При такой схеме в случае изменения задания по расходу G1 автоматически изменится и расход G2 (в заданном соотношении с G1).
Регулирование соотношения расходов
1, 2 – измерители расходов
3 – регулятор соотношения
4, 7 – регулирующие клапаны
5 – регулятор расхода
8 – регулятор температуры
9 – устройство ограничения
При заданной общей нагрузке и коррекции коэффициента по третьему параметру САР соотношения расходов является внутренним контуром в каскадной системе регулирования третьего технологического параметра у (например, температуры в аппарате).
При этом заданный коэффициент соотношения устанавливается внешним регулятором в зависимости от этого параметра, так что G2=F(y)G1.
Особенность настройки каскадных САР состоит в том, что на задание внутреннему регулятору устанавливают ограничение хрн ≤ хр ≤ хрв. Для АСР соотношения расходов это соответствует ограничению Fн ≤ F ≤ Fв. Если выходной сигнал внешнего регулятора выходит за пределы [Хрн, Хрв], то задание регулятору соотношения остается на предельно допустимом значении F (т. е. Fн или Fв).
Регулирование уровня
Локальные системы управления
Регулирование уровня
Уровень является косвенным показателем гидродинамического равновесия в аппарате. Постоянство уровня свидетельствует о соблюдении материального баланса, когда приток жидкости равен стоку и скорость изменения уровня равна нулю.
В общем случае изменение уровня описывается уравнением вида , где S - площадь горизонтального (свобод-ного) сечения аппарата; Gвx, Gвых - расходы жидкости на входе в аппарат и выходе из него; Gоб - количество жидкости, образующейся (или расходуемой) в аппарате в единицу времени.
В зависимости от требуемой точности поддержания уровня применяют один из следующих двух способов регулирования:
Позиционное регулирование уровня
1 – насос
2 – емкость
3 – сигнализатор уровня
4 – регулятор уровня
5, 6 – регулирующие клапаны
Позиционное регулирование, при котором уровень в аппарате поддерживается в заданных, достаточно широких пределах: