Курс «Регулирующая арматура в системах автоматизации»

Пример. Вихревой очиститель с применением центробежных сил обеспечивает лучшее отделение тяжелых и легких включений.

Пример. Понимание реологии истечения суспензий позволяет спроектировать лучшие напорные ящики, обеспечить лучшее регулирование и т.п.

Пример. Регулирование входных и выходных давлений в сушильном цилиндре позволяет снизить неуправляемое появление конденсата внутри с образованием конденсатного кольца, снижающего теплопроводность и эффективность сушки бумаги.

Пример. Для высокоточного регулирования веса м

используют информационное поле (специальные подпрограммы и алгоритмы устранения колебательности контура регулирования).

Тенденция разделения на быстропротекающие и медленно протекающие процессы в настоящее время с переходом к непрерывности процесса все больше будет склоняться в сторону быстропротекающих процессов. Для этой цели в технологический процесс и технологические схемы будут вводиться специальные узлы и вещества, способствующие ускорению реакций. Также будет происходить и замена периодически действующего оборудования.

Пример. Гидроразбиватель периодического действия имеет цикл до 15 мин. Барабанный гидроразбиватель работает непрерывно.

Повышение управляемости технологических схем

Предусматривает:

Принудительное управление в виде введения управляющих веществ и устройств.

Примеры. Введение регулирующей и запорной арматуры на прежде нерегулируемых участках.

Пример. Введение управляющих полей – например, в датчиках концентрации, где оптическое поле позволяет работать в области низких концентраций, и где применение механические полей невозможно.

Введение хорошо управляемого процесса, действующего против основного, которым нужно управлять.

Пример. Введение катализаторов, ингибиторов.

Введение подпора и противодавления.

Введение термоциклирования. Введение гидрокавитаторов.

Циклы ускорения процесса, его замедления, нагрева-охлаждения, повышения числа рН или уменьшение (кислотности – щелочности).

Введение самоуправления и самообслуживания.

Пример. Концентрация среды, изменяя давление и нагрузку в рафинере, позволяет лучше управлять размолом.

Введение обратных связей – наиболее характерный способ избежать колебаний в процессе. Замыкание контуров, смыкание контуров для взаимоконтроля или получения показаний от одного контура к другому – одно из наиболее эффективных решений.

Примеры. Специальные подпрограммы в системе автоматизации, координирующие действия контуров между собой.

Изменение устойчивости

От системы с одним статически устойчивым состоянием в системе осуществляется переход с несколькими устойчивыми состояниями и далее к системам, устойчивым динамически.

Пример. Стабильность техпроцесса технологи ставят выше качества его выполнения. Среднее качество при стабильном процессе лучше, чем нестабильное при высоком качестве выходного продукта.

Формирование устойчивости за счет движения, проходящего через систему, потока энергии, информации, управления. В идеале, как и в современных самолетах, устойчивость будет нулевой, а стабильность и безопасность работы будет обеспечиваться непрерывной работой автоматов и регулирующих воздействий. Этим обеспечивается максимальная динамичность.

2. Развитие контуров регулирования в составе технологических схем

Как уже ясно, контуры регулирования развиваются под влиянием требований технологических схем.

Чтобы не вдаваться в подробности развития структуры контуров, можно сказать, что они в полной мере соответствуют требованиям каждого этапа развития типовых технологических схем. Из факторов, наиболее значимо влияющих на развитие контуров регулирования, можно выделить время выполнения задания, точность поддержания того или иного параметра, особенности переходных процессов и стабильность. Также, как и для БДМ 3-го этапа, контуры регулирования начинают применять специальные программные алгоритмы для устранения недостатков регулирования, в частности большое применение находит подбор того или иного закона регулирования, выявления передаточных функций, алгоритмов снижения или устранения переходных процессов по амплитуде и времени. От регулятора с прямыми механическими связями регуляторы переходят к более гибким энергетическим и информационным связям (пневмосистемы, гидросистемы), далее управление переходит и к сервоуправлению (силовые источники управления) и, наконец, прямое управление полностью заменяется информационным по схеме – аналоговый сигнал, аналогово-цифровое управление (HART протокол) и далее развитие приближается к цифровому сигналу на основе полевых шин Profibus. Как уже было сказано выше, в дальнейшем связи совсем исчезнут, заменяясь беспроводной связью.

Процессы в контуре, проходящие в связи с традиционными переходными процессами и особенностями поддержания требуемого параметра, можно найти в литературе. Для оптимизации контуров стали использоваться многопараметрические уравнения и алгоритмы. В частности в настоящее время специальное программное обеспечение помогает осуществить точное позиционирование клапана регулирования веса м

. По сравнению с точностью обычного регулирующего клапана в составе контуров регулирования (0,2%) точность выросла до 0,007%, т.е. увеличилась почти в 30 раз. Таким образом, снизилась колебательность процесса. Как мы помним, она является главной проблемой технологического процесса, связанного с регулированием. Также продолжается работа над уменьшением переходных процессов по времени и амплитуде, расширением диапазона, в котором может работать контур, снижением вероятности автоколебаний и других процессов. Особенное внимание, также как и в технологических схемах, уделяется повышению надежности, долговременной стабильности, сохранению уровня погрешностей в длительном периоде эксплуатации, возможности самодиагностики контура. Особенное значение приобрела необходимость со стороны технологических схем к повышению динамической устойчивости регулирования.

С развитием этой тенденции контуры начали переходить от прямых связей и непосредственного регулирования к регулированию при помощи информационных связей. Характерным был уход от автоматических регуляторов прямого действия к регуляторам с логической связью и контроллерами, обеспечивающими контроль выполнения функций. Выделение функции управления в контурах продолжает расти, дополняясь различными настроечными параметрами, выполняя вводимые новые полезные функции, контролируя и развивая системы сообщений о различных неисправностях, отклонениях, предотвращая аварии контура.

На работу контуров регулирования сильное влияние оказывают необходимость выполнения законов согласования работы отдельных участков технологической схемы между собой. Альтернативой может быть и рассогласование. В развитии контуров регулирования прослеживаются следующие основные этапы.

Прямое согласование – когда изменение одного параметра требует пропорционального изменения другого.

Обратное согласование – изменение одного параметра требует нелинейного изменения другого.

Однородное согласование – согласуются однотипные параметры, например, давление – давление, расход-расход.

Неоднородное согласование – согласование разнотипных параметров. Пример: Расход воды – расход пара. Расход воды – температура пара.

Внутреннее согласование – согласование параметров с надсистемой, т.е. с теми параметрами участка технологической схемы, куда входит контур регулирования. Пример. Выбор компонентов контура по долговечности всей системы в целом для обеспечения одновременного выхода на ТО (техобслуживание).

Внешнее согласование – согласование параметров системы с внешней средой. Пример. Учет особенностей протекания массы, общей вибрации по трубопроводу, условий эксплуатации и загрязненности среды сернистыми соединениями.

Непосредственное согласование – согласуются контуры регулирования, связанные между собой. Например, контур разбавительной воды, контур датчика концентрации после машинного бассейна.

Если сначала это было принудительное согласование, то в дальнейшем – это согласование с помощью специально вводимых согласующих звеньев и, наконец, – самосогласование – согласование за счет того, что системы могут работать в одном режиме.

Начав с одного функционального центра – контура регулирования веса м

, клапаны точного регулирования начинают свое триумфальное шествие по всей технологической системе.

Согласование по ритму технологического процесса

Для согласования работы схемы в целом, контуры должны согласовать свою ритмику, все контуры должны соответствовать ритму и темпу обслуживаемого технологического процесса.

Пример. Подача воды на разбавление должна соответствовать подаче массы с определенной концентрацией.

Одновременно для других случаев потребовалось и рассогласование.

Пример. Изменение строительной длины регулирующего клапана в трубопроводе позволяет отстроить амплитуду его собственных колебаний (виброактивность) от амплитуды колебаний трубопровода и пульсаций массы, тем самым расстроить возможный вход в резонанс.

Динамическое согласование.

Пример. Определение концентрации в одном контуре позволяет прогнозировать подачу разбавляющей воды в другом контуре.

Самосогласование.