Steuerung und Regelung der wichtigsten technologischen Parameter: Durchflussmenge, Füllstand, Druck und Temperatur

Die Menge der einzelnen Operationen bildet spezifische technologische Prozesse. Im Allgemeinen wird der technologische Prozess durch technologische Operationen durchgeführt, die parallel, nacheinander oder in Kombination ausgeführt werden, wenn der Beginn des nächsten Vorgangs relativ zum Beginn des vorherigen verschoben wird.

Prozessmanagement ist ein organisatorisches und technisches Problem und wird heute durch die Schaffung automatischer oder automatisierter Prozessmanagementsysteme gelöst.

Der Zweck der technologischen Prozesskontrolle kann sein: Stabilisierung einer physikalischen Größe, deren Änderung gemäß einem bestimmten Programm oder in komplexeren Fällen die Optimierung eines zusammenfassenden Kriteriums, höchste Produktivität des Prozesses, niedrigste Produktkosten usw.

Zu den typischen Prozessparametern, die einer Steuerung und Regelung unterliegen, gehören Durchflussmenge, Füllstand, Druck, Temperatur und eine Reihe von Qualitätsparametern.

Geschlossene Systeme nutzen die aktuellen Informationen über die Ausgangswerte, ermitteln die Abweichung ε (T) des Regelwertes Y (t) von seinem ermittelten Wert Yo) und ergreifen Maßnahmen, um ε(T) zu reduzieren oder vollständig zu eliminieren.

Das einfachste Beispiel für ein geschlossenes System, das als Abweichungskontrollsystem bezeichnet wird, ist das in Abbildung 1 dargestellte System zur Stabilisierung des Wasserspiegels im Tank. Das System besteht aus einem zweistufigen Messumformer (Sensor), einem Gerät 1 zur Steuerung ( Regler) und einen Stellmechanismus 3, der die Position des Regelkörpers (Ventils) 5 steuert.

Reis. 1. Funktionsdiagramm des automatischen Steuersystems: 1 – Regler, 2 – Füllstandmessumformer, 3 – Antriebsmechanismus, 5 – Regelorgan.

Ablaufsteuerung

Durchflussregelsysteme zeichnen sich durch geringe Trägheit und häufige Parameterpulsationen aus.

Typischerweise begrenzt die Durchflussregelung den Durchfluss einer Substanz mithilfe eines Ventils oder Schiebers, indem sie den Druck in der Rohrleitung durch Änderung der Geschwindigkeit des Pumpenantriebs oder des Bypassgrades (Umleitung eines Teils des Durchflusses durch zusätzliche Kanäle) ändert.

Die Anwendungsprinzipien von Durchflussreglern für flüssige und gasförmige Medien sind in Abbildung 2, a dargestellt, für Schüttgüter in Abbildung 2, b.

Reis. 2. Durchflusskontrollschemata: a – flüssige und gasförmige Medien, b – Schüttgüter, c – Medienverhältnisse.

In der Praxis der Automatisierung technologischer Prozesse gibt es Fälle, in denen es erforderlich ist, das Strömungsverhältnis zweier oder mehrerer Medien zu stabilisieren.

In dem in Abbildung 2, c gezeigten Schema ist der Durchfluss zu G1 der Master und der Durchfluss G2 = γG ist der Slave, wobei γ das Durchflussverhältnis ist, das im Prozess der statischen Regelung des Reglers eingestellt wird.

Wenn sich der Master-Durchfluss G1 ändert, ändert der FF-Regler proportional den Slave-Durchfluss G2.

Die Wahl des Regelgesetzes hängt von der geforderten Qualität der Parameterstabilisierung ab.

Niveaukontrolle

Niveaukontrollsysteme haben die gleichen Eigenschaften wie Durchflusskontrollsysteme. Im allgemeinen Fall wird das Verhalten des Niveaus durch die Differentialgleichung beschrieben

D (dl / dt) = Gin — Gicht +Garr,

wobei S die Fläche des horizontalen Teils des Tanks ist, L der Füllstand ist, Gin, Gout die Durchflussrate des Mediums am Einlass und Auslass ist, Garr – die Menge des Mediums, die die Kapazität erhöht oder verringert (kann sein). gleich 0) pro Zeiteinheit T.

Die Konstanz des Füllstandes gibt die Gleichheit der zugeführten und verbrauchten Flüssigkeitsmengen an. Dieser Zustand kann durch Beeinflussung der Zufuhr (Abb. 3, a) oder der Strömungsgeschwindigkeit (Abb. 3, b) der Flüssigkeit sichergestellt werden. In der in Abbildung 3, c gezeigten Version des Reglers werden die Ergebnisse der Messungen der Flüssigkeitszufuhr und der Durchflussrate zur Stabilisierung des Parameters verwendet.

Der Flüssigkeitsstandsimpuls hat eine korrigierende Funktion und schließt die Anhäufung von Fehlern aufgrund unvermeidlicher Fehler aus, die auftreten, wenn sich die Zufuhr- und Durchflussrate ändert. Die Wahl des Regulierungsgesetzes hängt auch von der erforderlichen Qualität der Parameterstabilisierung ab. Dabei können neben Proportionalreglern auch Positionsregler zum Einsatz kommen.

Reis. 3. Schemata von Füllstandskontrollsystemen: a – mit Auswirkung auf die Stromversorgung, b und c – mit Auswirkung auf die Durchflussrate des Mediums.

Druckregulierung

Die Druckkonstanz zeigt ebenso wie die Niveaukonstanz das materielle Gleichgewicht des Objekts an. Im allgemeinen Fall wird die Druckänderung durch die Gleichung beschrieben:

V (dp / dt) = Gin — Gicht +Garr,

Dabei ist VE das Volumen der Apparatur, p der Druck.

Druckkontrollmethoden ähneln den Niveaukontrollmethoden.

Temperaturkontrolle

Die Temperatur ist ein Indikator für den thermodynamischen Zustand des Systems. Die dynamischen Eigenschaften des Temperiersystems hängen von den physikalisch-chemischen Parametern des Prozesses und der Konstruktion der Apparatur ab. Die Besonderheit eines solchen Systems ist die erhebliche Trägheit des Objekts und oft auch des Messwandlers.

Die Prinzipien der Implementierung von Thermoregulatoren ähneln den Prinzipien der Implementierung von Niveaureglern (Abb. 2), wobei die Kontrolle des Energieverbrauchs in der Anlage berücksichtigt wird. Die Wahl des Regulierungsgesetzes hängt von der Eigendynamik des Objekts ab: Je größer diese ist, desto komplexer ist das Regulierungsgesetz. Die Zeitkonstante des Messumformers kann durch Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, Verringerung der Wandstärke der Schutzhülle (Hülse) etc. reduziert werden.

Regulierung der Produktzusammensetzung und Qualitätsparameter

Bei der Anpassung der Zusammensetzung oder Qualität eines bestimmten Produkts kann es vorkommen, dass ein Parameter (z. B. Getreidefeuchtigkeit) diskret gemessen wird. In dieser Situation sind Informationsverluste und eine Verringerung der Genauigkeit des dynamischen Anpassungsprozesses unvermeidlich.

Das empfohlene Schema eines Reglers, der einen Zwischenparameter Y (t) stabilisiert, dessen Wert vom Hauptregelparameter – dem Produktqualitätsindikator Y (ti) – abhängt, ist in Abbildung 4 dargestellt.

Reis. 4. Schema des Produktqualitätskontrollsystems: 1 – Objekt, 2 – Qualitätsanalysator, 3 – Extrapolationsfilter, 4 – Rechengerät, 5 – Regler.

Die Recheneinrichtung 4 wertet anhand eines mathematischen Modells der Beziehung zwischen den Parametern Y (t) und Y (ti) kontinuierlich die Qualitätsbewertung aus. Der Extrapolationsfilter 3 liefert einen geschätzten Produktqualitätsparameter Y(ti) zwischen zwei Messungen.