Tärkeimpien teknisten parametrien ohjaus ja säätö: virtausnopeus, taso, paine ja lämpötila

Yksittäisten toimintojen joukko muodostaa erityisiä teknologisia prosesseja. Yleisessä tapauksessa tekninen prosessi suoritetaan teknisten toimintojen avulla, jotka suoritetaan rinnakkain, peräkkäin tai yhdistelmänä, kun seuraavan toimenpiteen alkua siirretään edellisen alkuun verrattuna.

Prosessinhallinta on organisatorinen ja tekninen ongelma ja nykyään se ratkaistaan ​​luomalla automaattisia tai automatisoituja prosessinhallintajärjestelmiä.

Teknologisen prosessiohjauksen tarkoitus voi olla: jonkin fyysisen suuren stabilointi, sen muuttaminen tietyn ohjelman mukaan tai monimutkaisemmissa tapauksissa jonkin yhteenvetokriteerin optimointi, prosessin korkein tuottavuus, tuotteen alhaisin hinta jne.

Tyypillisiä prosessiparametreja, joita ohjataan ja säädellään, ovat virtausnopeus, taso, paine, lämpötila ja joukko laatuparametreja.

Suljetut järjestelmät käyttävät nykyistä tietoa lähtöarvoista, määrittävät poikkeamaa ε (T) ohjatun arvon Y (t) sen määritetystä arvosta Yo) ja ryhtyvät toimenpiteisiin ε(T) pienentämiseksi tai poistamiseksi kokonaan.

Yksinkertaisin esimerkki suljetusta järjestelmästä, jota kutsutaan poikkeaman säätöjärjestelmäksi, on säiliön vedenpinnan stabilointijärjestelmä, joka näkyy kuvassa 1. Järjestelmä koostuu kaksivaiheisesta mittausanturista (anturista), laitteen 1 ohjauksesta ( säädin) ja toimilaitemekanismi 3, joka ohjaa säätörungon (venttiilin) ​​5 asentoa.

Riisi. 1. Automaattisen ohjausjärjestelmän toimintakaavio: 1 — säädin, 2 — tasonmittausanturi, 3 — käyttömekanismi, 5 — säätörunko.

Virtauksen ohjaus

Virtauksensäätöjärjestelmille on ominaista alhainen inertia ja toistuva parametrien pulsaatio.

Tyypillisesti virtauksensäätö rajoittaa aineen virtausta venttiilin tai portin avulla muuttaen putkilinjan painetta muuttamalla pumpun käyttönopeutta tai ohitusastetta (suuntaamalla osan virtauksesta lisäkanavien kautta).

Nestemäisten ja kaasumaisten väliaineiden virtauksensäätimien käyttöperiaatteet on esitetty kuvassa 2, a, irtotavaralle — kuvassa 2, b.

Riisi. 2. Virtauksen ohjausjärjestelmät: a — nestemäiset ja kaasumaiset väliaineet, b — irtomateriaalit, c — väliainesuhteet.

Teknisten prosessien automatisoinnin käytännössä on tapauksia, joissa on tarpeen stabiloida kahden tai useamman väliaineen virtaussuhde.

Kuvan 2 kaaviossa c virtaus G1:een on isäntä ja virtaus G2 = γG — orja, missä γ — virtausnopeussuhde, joka asetetaan säätimen staattisen säädön yhteydessä.

Kun päävirtaus G1 muuttuu, FF-säädin muuttaa suhteellisesti orjavirtausta G2.

Säätölain valinta riippuu parametrien stabiloinnin vaaditusta laadusta.

Tason hallinta

Tasonsäätöjärjestelmillä on samat ominaisuudet kuin virtauksensäätöjärjestelmillä. Yleisessä tapauksessa tason käyttäytymistä kuvaa differentiaaliyhtälö

D (dl / dt) = Gin - Kihti + Garr,

missä S on säiliön vaakasuuntaisen osan pinta-ala, L on taso, Gin, Kihti on väliaineen virtausnopeus tulo- ja poistoaukossa, Garr - väliaineen määrä, joka lisää tai vähentää kapasiteettia (voi olla yhtä suuri kuin 0) aikayksikköä kohti T.

Tason pysyvyys ilmaisee toimitetun ja kulutetun nesteen määrien yhtäläisyyden. Tämä tila voidaan varmistaa vaikuttamalla nesteen syöttöön (kuva 3, a) tai virtausnopeuteen (kuva 3, b). Kuvassa 3, c esitetyssä säätimen versiossa parametrin stabilointiin käytetään nesteen syötön ja virtausnopeuden mittaustuloksia.

Nesteen tasopulssi on korjaava, poissulkematta virheiden kertymistä väistämättömistä virheistä, joita esiintyy syöttö- ja virtausnopeuden muuttuessa. Sääntelylain valinta riippuu myös parametrien stabiloinnin vaaditusta laadusta. Tässä tapauksessa on mahdollista käyttää paitsi suhteellisia myös paikkaohjaimia.

Riisi. 3. Tasonsäätöjärjestelmien kaaviot: a — vaikuttavat tehonsyöttöön, b ja c — vaikuttavat väliaineen virtausnopeuteen.

Paineen säätö

Paineen pysyvyys, kuten tason pysyvyys, ilmaisee esineen materiaalitasapainon. Yleisessä tapauksessa paineen muutos kuvataan yhtälöllä:

V (dp / dt) = Gin - Kihti + Garr,

missä VE on laitteen tilavuus, p on paine.

Paineensäätömenetelmät ovat samanlaisia ​​kuin tasonsäätömenetelmät.

Lämpötilan säätö

Lämpötila ilmaisee järjestelmän termodynaamisen tilan. Lämpötilansäätöjärjestelmän dynaamiset ominaisuudet riippuvat prosessin fysikaalis-kemiallisista parametreista ja laitteen suunnittelusta. Tällaisen järjestelmän erityispiirre on kohteen ja usein mittausanturin merkittävä inertia.

Lämpösäätimien toteutusperiaatteet ovat samanlaiset kuin tasosäätimien toteutusperiaatteet (kuva 2), ottaen huomioon laitoksen energiankulutuksen hallinnan. Sääntelylain valinta riippuu kohteen vauhdista: mitä suurempi se on, sitä monimutkaisempi sääntelylaki on. Mittausanturin aikavakiota voidaan pienentää lisäämällä jäähdytysnesteen liikenopeutta, vähentämällä suojakannen (holkin) seinämien paksuutta jne.

Tuotteen koostumuksen ja laatuparametrien säätely

Tietyn tuotteen koostumusta tai laatua säädettäessä on mahdollista tilanne, jossa parametri (esim. viljan kosteus) mitataan diskreetti. Tässä tilanteessa tiedon menetys ja dynaamisen säätöprosessin tarkkuuden heikkeneminen ovat väistämättömiä.

Suositeltu kaavio säätimestä, joka stabiloi jotain väliparametria Y (t), jonka arvo riippuu pääohjatusta parametrista — tuotteen laatuindikaattorista Y (ti), kuvassa 4.

Riisi. 4. Tuotteen laadunvalvontajärjestelmän kaavio: 1 — kohde, 2 — laatuanalysaattori, 3 — ekstrapolointisuodatin, 4 — laskentalaite, 5 — säädin.

Laskentalaite 4 käyttää matemaattista mallia parametrien Y (t) ja Y (ti) välisestä suhteesta, arvioi jatkuvasti laatuluokitusta. Ekstrapolaatiosuodatin 3 antaa arvioidun tuotteen laatuparametrin Y (ti) kahden mittauksen välillä.