Курс «Регулирующая арматура в системах автоматизации»

Часто контуры настраиваются на один режим в результате слабых управляющих воздействий, что в целом повышает стабильность регулирования и технологического процесса.

Согласование по структуре контуров регулирования в технологических схемах.

Контуры в системах должны быть согласованы.

Пример. Неудачи с продвижением сложного контура регулирования веса м

для небольших предприятий связана, в т.ч. и с тем, что такой контур не поддерживается другими контурами, которые должны обеспечивать его работу. Системы с резко отличающимся уровнем сложности плохо взаимодействуют между собой.

Далее, если на первом этапе развивается установка согласующих промежуточных контуров, то далее они все больше исключаются. Они поглощаются как узлами оборудования, входя в них в качестве подсистемы регулирования, так и заменяются совсем.

Пример: регулирующие клапаны в составе установки РОУ в настоящее время заменяются одним специализированным контуром РОУ.

Стандартизация элементарных частей контура.

Это стандартизация датчиков, протоколов, типов кабелей, типов алгоритмов и регулирующих клапанов.

Пример. В простой котельной уровень унификации исполнения узлов регулирования по схемному решению может достигать 40-60%.

Общее направление развития – от использования однотипных контуров к переходу к модульным конструкциям.

Пример. Современные участки трубопровода для установки регулирующих клапанов стандартизированы. Их легко выбрать по таблицам.

Рассогласование.

Также важно отметить, что одновременно в связи с различными условиями работы контуры будут дифференцироваться. Они стремятся стать оптимальными для обслуживания технологического процесса по различным параметрам (концентрация, давление, температура, состав, скорость обработки информации). Так выделяются специализированные и критические контуры регулирования.

Динамическое согласование.

Переход к динамическому согласованию различных контуров регулирования.

Пример. Барабанный сгуститель зависит от согласованной работы до 6 контуров регулирования одновременно. Такие же требования налагаются и на напорную сортировку (не менее 3-5 контуров регулирования) и вихревой очиститель (не менее 3-х контуров и специализированный контур отвода отходов).

Наиболее эффективны решения, в которых происходит самосогласование контуров. В этом случае необходимо применять как математические модели, так и физико-химические эффекты.

Пример. Прогнозирующий алгоритм при регулировании веса м

позволяет устранить перерегулирование.

Пример. Обеспечение работы клапана в кавитационной области позволяет избежать гидравлического удара.

Пример. Для обеспечения регулирования воды в небольших отводах гидравлической схемы при значительном изменении расхода в главном трубопроводе, они могут быть расположены под таким углом, и вход в ответвления может быть выполнен так, что создаются завихрения и турбуленции. Они ограничивают приток жидкости. Создается автоколебательный режим, также ограничивающий приток жидкости.

Согласование по потоку

Технологическая схема работает по принципу согласования и неразрывности потока по уравнению материального баланса. Контуры также должны отвечать этому требованию по пропускной характеристике, входным и выходным сигналам, быстродействию, отсутствию шумов, помех и колебательности.

Согласование по потоку будет выглядеть как настройка контуров регулирования на передачу потока от одного участка к другому с минимальным нарастанием погрешности и отклонений от основного номинального значения.

Согласование по надежности

Используются принципы равнонадежности основных стандартизированных контуров. Далее вводятся специальные элементы контроля за надежностью (концевые выключатели), устройства с пониженной надежностью (работа в кавитационной области во избежание гидравлического удара), установка специальных бустерных устройств с целью обеспечения быстрого открытия-закрытия устройства; самодиагностики (самодиагностика клапанов в пределах контура для выявления вероятности залипания и несрабатывания в аварийных клапанах, самодиагностика для выявления накопления скрытых неисправностей с целью повышения длительной эксплуатационной надежности.

Важно отметить, что в рамках самого контура должно обеспечиваться согласование взаимодействия датчика и регулирующего органа с исполнительным механизмом.

Специализация контуров

В составе технологических схем началась значительная специализация контуров. В зависимости от участка контуры регулирования начали все больше соответствовать выполняемой функции. От выполнения универсальных функций регулирующие клапаны начали рассчитываться на соответствие условиям применения. Гарантии производители начали давать только по результатам заполнения опросных листов и расчета. В первую очередь приоритетное развитие получают контуры регулирования концентрации и наиболее критические контуры регулирования.

Под критическим контуром регулирования понимается контур, в котором небольшое изменение входных параметров приводит к недопустимо большому колебанию выходных параметров, которые не могут с достаточной степенью точности и в допустимых пределах устранены контуром регулирования, в основном из-за недостаточной точности регулирующего органа и исполнительных механизмов. Примеры. Наиболее часто – это контуры концентрации и разбавления, однако, ими могут быть и другие контуры. Так, например, сгущение представляет собой с точки зрения контуров регулирования сложную динамическую взаимосвязь нескольких качественно различных контуров. Но в результате сгущения технологически могут быть утеряны достоинства, например, фракционированной массы. Это равносильно тому, как если все слить в один бак. Для получения того же качества среды после такого сгущения придется практически заново проводить регулирование.

Ниже приведена предлагаемая классификация контуров регулирования по степени зависимости от критичности процесса, см. табл. 3.

Табл. 3. Классификация контуров по критичности технологического процесса

Предлагаемая концепция критических контуров регулирования стала выявляться совсем недавно на основе опыта и теоретического рассмотрения особенностей регулирования расхода. Так, предпосылкой появления такого рассмотрения стало понимание, что если передаточное отношение (коэффициент усиления) в контуре превышает 4, то простые регулирующие клапаны могут задавать значительную колебательность в технологический режим и отклонения в процессе регулирования.

Выявленные тенденции развития контуров регулирования в составе технологических схем приведены ниже:

В составе технологических схем:

– снижение потерь, потребления энергоресурсов и химикатов, разброса показателей и увеличение числа вложенных циркуляционных схем

– укрупнение узлов; повышение скорости и требований к стабильности выходных характеристик при большей колебательности входящих параметров.

– повышение непрерывности контроля и насыщение схем измерительными комплексами, повышение кратности обработки волокна

– увеличение «нестабильности» технологической схемы, поддержание технологического режима за счет постоянного подрегулирования

– снижение транспортного плеча – обработка в процессе транспортировки (пример: LobeMix)

– уменьшение компенсирующих и резервных элементов, например, емкостей хранения

– увеличение взаимосвязанных контуров, каскадов, непрерывной обработки материала (барабанные фильтры, сортировки, очистители и др.)

– необходимость оптимизационных пакетов.

В составе элемента технологического оборудования:

– увеличение требований технологических гарантий

– повышение степени эксплуатационной готовности

– динамическая адаптация

– минимизация аварий и безопасность при аварийных режимах

– снижение колебаний при переходных процессах