Kiểm soát và điều chỉnh các thông số công nghệ chính: tốc độ dòng chảy, mức độ, áp suất và nhiệt độ

Tập hợp các thao tác đơn lẻ tạo thành các quy trình công nghệ cụ thể. Trong trường hợp chung, quy trình công nghệ được thực hiện bằng các thao tác công nghệ được thực hiện song song, tuần tự hoặc kết hợp, khi điểm bắt đầu của thao tác tiếp theo dịch chuyển so với điểm bắt đầu của thao tác trước.

Quản lý quy trình là một vấn đề về tổ chức và kỹ thuật và ngày nay nó được giải quyết bằng cách tạo ra các hệ thống quản lý quy trình tự động hoặc tự động.

Mục đích của kiểm soát quy trình công nghệ có thể là: ổn định một đại lượng vật lý nào đó, thay đổi nó theo một chương trình nhất định hoặc trong các trường hợp phức tạp hơn, tối ưu hóa một số tiêu chí tổng hợp, năng suất cao nhất của quy trình, giá thành sản phẩm thấp nhất, v.v.

Các thông số quy trình điển hình chịu sự kiểm soát và điều chỉnh bao gồm tốc độ dòng chảy, mức, áp suất, nhiệt độ và một số thông số chất lượng.

Các hệ thống khép kín sử dụng thông tin hiện tại về các giá trị đầu ra, xác định độ lệch ε(T) giá trị được kiểm soát Y(t) so với giá trị xác định Yo) và thực hiện các hành động để giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn ε(T).

Ví dụ đơn giản nhất về một hệ thống khép kín, được gọi là hệ thống kiểm soát độ lệch, là hệ thống ổn định mực nước trong bể, được hiển thị trong Hình 1. Hệ thống bao gồm một đầu dò đo hai giai đoạn (cảm biến), một thiết bị điều khiển 1 ( bộ điều chỉnh) và cơ chế truyền động 3, điều khiển vị trí của bộ phận điều chỉnh (van) 5.

Cơm. 1. Sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển tự động: 1 — bộ điều chỉnh, 2 — đầu dò đo mức, 3 — cơ cấu truyền động, 5 — thân điều chỉnh.

Kiểm soát lưu lượng

Các hệ thống kiểm soát dòng chảy được đặc trưng bởi quán tính thấp và xung tham số thường xuyên.

Thông thường, kiểm soát dòng chảy hạn chế dòng chảy của một chất bằng cách sử dụng van hoặc cổng, thay đổi áp suất trong đường ống bằng cách thay đổi tốc độ của ổ bơm hoặc mức độ bỏ qua (chuyển một phần dòng chảy qua các kênh bổ sung).

Các nguyên tắc áp dụng bộ điều chỉnh lưu lượng cho môi trường lỏng và khí được thể hiện trong hình 2, a, đối với vật liệu rời — trong hình 2, b.

Cơm. 2. Sơ đồ kiểm soát dòng chảy: a — môi trường lỏng và khí, b — vật liệu khối, c — tỷ lệ môi trường.

Trong thực tế tự động hóa các quy trình công nghệ, có những trường hợp cần ổn định tỷ lệ dòng chảy của hai hoặc nhiều môi trường.

Trong sơ đồ được hiển thị trong Hình 2, c, luồng tới G1 là luồng chính và luồng G2 = γG — nô lệ, trong đó γ — tỷ lệ tốc độ dòng chảy, được đặt trong quá trình điều chỉnh tĩnh của bộ điều chỉnh.

Khi luồng chính G1 thay đổi, bộ điều khiển FF thay đổi theo tỷ lệ luồng phụ G2.

Việc lựa chọn luật điều khiển phụ thuộc vào chất lượng yêu cầu của việc ổn định tham số.

Mức độ kiểm soát

Hệ thống kiểm soát mức độ có các đặc điểm giống như hệ thống kiểm soát dòng chảy. Trong trường hợp chung, hành vi của mức được mô tả bởi phương trình vi phân

D (dl / dt) = Gin — Bệnh gút + Garr,

Trong đó S là diện tích của phần nằm ngang của bể, L là mức, Gin, Gout là tốc độ dòng chảy của môi trường ở đầu vào và đầu ra, Garr — lượng môi trường tăng hoặc giảm công suất (có thể bằng 0) trong một đơn vị thời gian T.

Sự không đổi của mức biểu thị sự bằng nhau của lượng chất lỏng được cung cấp và tiêu thụ. Điều kiện này có thể được đảm bảo bằng cách tác động đến nguồn cung cấp (Hình 3, a) hoặc tốc độ dòng chảy (Hình 3, b) của chất lỏng. Trong phiên bản của bộ điều chỉnh được hiển thị trong Hình 3, c, kết quả đo lượng cung cấp chất lỏng và tốc độ dòng chảy được sử dụng để ổn định tham số.

Xung mức chất lỏng là hiệu chỉnh, không bao gồm lỗi tích lũy do lỗi không thể tránh khỏi xảy ra khi nguồn cung cấp và tốc độ dòng chảy thay đổi. Việc lựa chọn luật điều chỉnh cũng phụ thuộc vào chất lượng yêu cầu của việc ổn định tham số. Trong trường hợp này, có thể sử dụng không chỉ các bộ điều khiển tỷ lệ mà cả các bộ điều khiển vị trí.

Cơm. 3. Sơ đồ hệ thống kiểm soát mức: a — có ảnh hưởng đến nguồn điện, b và c — có ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy của môi trường.

điều chỉnh áp suất

Sự không đổi của áp suất, giống như sự không đổi của mức, biểu thị sự cân bằng vật chất của vật thể. Trong trường hợp chung, sự thay đổi áp suất được mô tả bởi phương trình:

V (dp / dt) = Gin — Gout + Garr,

trong đó VE là thể tích của thiết bị, p là áp suất.

Phương pháp kiểm soát áp suất tương tự như phương pháp kiểm soát mức.

Kiểm soát nhiệt độ

Nhiệt độ là một chỉ số về trạng thái nhiệt động của hệ thống. Các đặc tính động của hệ thống kiểm soát nhiệt độ phụ thuộc vào các thông số hóa lý của quy trình và thiết kế của thiết bị. Điểm đặc biệt của một hệ thống như vậy là quán tính đáng kể của vật thể và thường là của đầu dò đo.

Nguyên tắc triển khai bộ điều nhiệt tương tự như nguyên tắc triển khai bộ điều chỉnh mức (Hình 2), có tính đến việc kiểm soát mức tiêu thụ năng lượng trong cơ sở. Việc lựa chọn luật điều chỉnh phụ thuộc vào động lượng của vật: động lượng càng lớn thì luật điều chỉnh càng phức tạp. Có thể giảm hằng số thời gian của đầu dò đo bằng cách tăng tốc độ di chuyển của chất làm mát, giảm độ dày thành của vỏ bảo vệ (ống bọc), v.v.

Quy định về thành phần sản phẩm và các thông số chất lượng

Khi điều chỉnh thành phần hoặc chất lượng của một sản phẩm nhất định, có thể xảy ra tình huống khi một thông số (ví dụ: độ ẩm của hạt) được đo một cách riêng biệt. Trong tình huống này, việc mất thông tin và giảm độ chính xác của quá trình điều chỉnh động là không thể tránh khỏi.

Sơ đồ được khuyến nghị của bộ điều chỉnh giúp ổn định một số tham số trung gian Y (t), giá trị của tham số này phụ thuộc vào tham số được kiểm soát chính — chỉ báo chất lượng sản phẩm Y (ti) được hiển thị trong Hình 4.

Cơm. 4. Sơ đồ hệ thống kiểm soát chất lượng sản phẩm: 1 — đối tượng, 2 — máy phân tích chất lượng, 3 — bộ lọc ngoại suy, 4 — thiết bị tính toán, 5 — bộ điều chỉnh.

Thiết bị điện toán 4, sử dụng mô hình toán học về mối quan hệ giữa các tham số Y(t) và Y(ti), liên tục đánh giá xếp hạng chất lượng. Bộ lọc ngoại suy 3 đưa ra tham số chất lượng sản phẩm ước tính Y (ti) giữa hai phép đo.