Контроль и регулирование основных технологических параметров: расхода, уровня, давления и температуры

Виды систем автоматического регулирования

Имеются два основных вида автоматических систем регулирования: замкнутые и разомкнутые, которые различаются по своим характеристикам и следовательно — по уместности применения.

Замкнутая система автоматического регулирования

В замкнутой системе информация о значении регулируемой переменной процесса проходит через всю цепочку приборов и устройств, предназначенных для контроля и регулирования этой переменной. Таким образом, в замкнутой системе производится постоянное измерение регулируемой величины, её сравнение с задающей величиной и оказывается соответствующее воздействие на процесс для приведения регулируемой величины в соответствие с задающей величиной.

Контроль и регулирование основных технологических параметров: расхода, уровня, давления и температуры

Например, подобная система хорошо подходит для контроля и поддержания необходимого уровня жидкости в резервуаре. Буек воспринимает изменение уровня жидкости. Измерительный преобразователь преобразует изменения уровня в сигнал, который отправляет на регулятор. Который, в свою очередь, сравнивает полученный сигнал с необходимым уровнем, заданным заранее. После регулятор вырабатывает корректирующий сигнал и отправляет его на регулирующий клапан, который корректирует поток воды.

Разомкнутая система автоматического регулирования

В разомкнутой системе нет замкнутой цепочки измерительных и обрабатывающих сигнал приборов и устройств от выхода до входа процесса, и воздействие регулятора на процесс не зависит от результирующего значения регулируемой переменной. Здесь не производится сравнение между текущим и желаемым значением переменной процесса и не вырабатывается корректирующее воздействие.

Контроль и регулирование основных технологических параметров: расхода, уровня, давления и температуры

Один из примеров разомкнутой системы регулирования — автоматическая мойка автомобилей. Это технологический процесс по мойке автомобилей и все необходимые операции чётко определены. Когда автомобиль выходит с мойки предполагается, что он должен быть чистым. Если автомобиль недостаточно чист, то система этого не обнаруживает. Здесь нет никакого элемента, который бы давал информацию об этом и корректировал процесс.

На производстве некоторые разомкнутые системы используют таймеры, чтобы гарантировать, что ряд последовательных операций выполнен. Этот вид разомкнутого регулирования может быть приемлем, если процесс не очень ответственный. Однако, если процесс требует, чтобы выполнение некоторых условий было проверено и при необходимости были бы сделаны корректировки, разомкнутая система не приемлема. В таких ситуациях необходимо применить замкнутую систему.

Количественное регулирование

Количественное регулирование характеризуется постоянной температурой подающей линии и переменным расходом теплоносителя в контуре теплого пола. Количественное регулирование теплоотдачи обычно осуществляется с помощью термостатических клапанов, клапанов с сервоприводами и ручных вентилей. При количественном регулировании в контур теплого пола подается теплоноситель с температурой подающей линии, регулируется лишь его количество.

Преимущество: Относительная простота и, как следствие, низкая стоимость.

Недостатки:

  1. Значительный перепад температур между подающей и обратной линией, неравномерность прогрева, ведущие к снижению срока эксплуатации конструкции.
  2. Сложность реализации плавного равномерного регулирования по всей поверхности пола, погодозависимого управления и обеспечения требуемого комфорта.
  3. Непропорциональность изменения температуры поверхности к изменению скорости протока.
  4. Переменный гидравлический режим работы системы.

Механизм регулирования может быть различным. В частности, регулирование может осуществляться путем полного перекрытия подачи при превышении температурного режима и возобновления протока при понижении температуры (теплоносителя или в помещении). Понятно, что в этом случае происходят резкие колебания температуры во всем контуре теплого пола.

Возможно также регулирование путем ограничения протока, например с помощью ручных вентилей. В этом случае возможен значительный перепад температуры теплоносителя вдоль контура теплого пола.

Выбор системы отопления для частного дома

Принцип работы однотрубной системы отопления заключается в подаче теплоносителя на верхние этажи, к нисходящему трубопроводу подключаются все радиаторы. Понятно, что будет теплее на верхних этажах, чем на нижних. Так как частный дом в лучшем случае имеет два или три этажа, контраст в обогреве помещений не грозит. А в одноэтажном строении вообще будет равномерный обогрев.

Какие преимущества такой системы теплоснабжения:

  • простота проектирования и монтажа,
  • устойчивый гидродинамический режим,
  • меньшие материальные затраты по сравнению с другими типами систем отопления,
  • сохранение естественной циркуляции при повышенном давлении воды.

Недостатки конструкции заключаются в высоком гидравлическом сопротивлении, необходимости отключения отопления всего дома во время ремонта, ограничение в подключении обогревательных приборов, невозможности регулирования температуры в отдельно взятом помещении, высоких тепловых потерях.

Для усовершенствования было предложено использовать систему байпасов.

Байпас — отрезок трубы между подающим и обратным трубопроводом, обходной путь помимо радиатора. Они оснащаются клапанами или кранами и позволяют регулировать температуру в помещении или совсем отключить отдельно взятую батарею.

Популярные статьи  Виды и причины износа электрооборудования

Однотрубная отопительная система может быть вертикальной и горизонтальной. В обоих случаях в системе появляются воздушные пробки. На входе в систему поддерживается высокая температура, чтобы прогреть все помещения, поэтому трубная система должна выдерживать высокое давление воды.

Двухтрубная система отопления

Принцип работы заключается в подключение каждого обогревательного устройства к подающему и обратному трубопроводам. Охлаждённый теплоноситель по обратному трубопроводу направляется к котлу.

При монтаже потребуются дополнительные вложения, но воздушных пробок в системе не будет.

Принцип работы и элементы системы автоматического регулирования

В случае системы автоматического регулирования наблюдение и регулирование производится автоматически при помощи заранее настроенных приборов. Аппаратура способна выполнять все действия быстрее и точнее, чем в случае ручного регулирования.

Действие системы может быть разделено на две части: система определяет изменение значения переменной процесса и затем производит корректирующее воздействие, вынуждающее переменную процесса вернуться к заданному значению.

Система автоматического регулирования содержит четыре основных элемента: первичный элемент, измерительный элемент, регулирующий элемент и конечный элемент.

Контроль и регулирование основных технологических параметров: расхода, уровня, давления и температуры

Первичный элемент воспринимает величину переменной процесса и превращает его в физическую величину, которое передается в измерительный элемент. Измерительный элемент преобразовывает физическое изменение, произведенное первичным элементом, в сигнал, представляющий величину переменной процесса.

Выходной сигнал от измерительного элемента посылается к регулирующему элементу. Регулирующий элемент сравнивает сигнал от измерительного элемента с опорным сигналом, который представляет собой заданное значение и вычисляет разницу между этими двумя сигналами. Затем регулирующий элемент производит корректирующий сигнал, который представляет собой разницу между действительной величиной переменной процесса и ее заданным значением.

Выходной сигнал от регулирующего элемента посылается к конечному элементу регулирования. Конечный элемент регулирования преобразовывает получаемый им сигнал в корректирующее воздействие, которое вынуждает переменную процесса возвратиться к заданному значению.

В дополнение к четырем основным элементам, системы регулирования процессами могут иметь вспомогательное оборудование, которое обеспечивает информацией о величине переменной процесса. Это оборудование может включать такие приборы как самописцы, измерители и устройства сигнализации.

Контроль и регулирование основных технологических параметров: расхода, уровня, давления и температуры

Методы регулирования систем централизованного теплоснабжения

Комфортные условия в помещении сохраняются при тепловом балан­се между теплопотерями помещения и тепловыми поступлениями в него.

Уравнение теплового баланса, составленное для любого вида на­грузки, имеет вид:

Q = Gпс ( )n= GBc(t1-t2)n = kF t n,

где Q -текущая тепловая нагрузка, Дж; Gп- расход первичного (греющего) теплоносителя, кг/с; GB — расход вторичной (нагреваемой) среды, кг/с; — температуры первичного теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С; t2, t1- температуры нагреваемой среды на входе и выходе из теплообменника, °С; k — коэффициент теплопередачи теплообменника, Вт/(м2*°С); t — температурный напор в теплообменнике, °С; n- число ча­сов работы теплообменника; с -коэффициент теплоемкости, Дж/(кг*°С); F — площадь поверхности нагрева теплообменника, м2.

Из уравнения теплового баланса (2.1) следует, что изменение про­изводительности отопительного теплообменника, а значит регулирование тепловой нагрузки, возможно изменением следующих величин: расходов греющей и нагреваемой сред, температуры греющей среды на входе в теп­лообменник, коэффициента теплопередачи теплообменника, времени рабо­ты теплообменного аппарата.

Централизованно регулировать тепловую нагрузку абонентских систем возможно изменением расхода первичного теплоносителя или его температуры. Изменять коэффициент теплопередачи теплообменника или отопительного прибора и число часов их работы можно только непосред­ственно у потребителей или на тепловом вводе абонентской установки, осуществляя местное или индивидуальное регулирование.

В связи с этим регулирование тепловой нагрузки бывает централь­ным, групповым, местным и индивидуальным. Различие между видами регулирования характеризуется пунктом осуществления регулирования. Так, центральное регулирование осуществляется непосредственно на теплоисточнике, групповое — в центральных тепловых пунктах (ЦТП) или на групповых тепловых подстанциях (ГТП), местное — в местных тепловых пунктах (МТП) абонентских вводов, индивидуальное — непосредственно на отопительных приборах потребителей.

Для более эффективного теплоснабжения центральное регулирова­ние должно дополняться групповым, местным и индивидуальным регули­рованием. В настоящее время такое комбинированное регулирование, как правило, не применяется, что объясняется отсутствием автоматики регули­рования на абонентских вводах и на местных отопительных приборах.

Существуют три способа центрального регулирования тепловой на­грузки системы теплоснабжения: количественный, качественно-количественный и качественный.

Особенностью количественного способа является регулирование тепловой нагрузки потребителей изменением расхода сетевой воды ч/з местные абонентские установки в зависимости от t наружного воздуха при постоянной t сетевой воды в подающей магистрали тепловой сети.

При качественно-количественном регулировании тепловая нагрузка системы теплоснабжения регулируется изменением расхода и t сетевой воды в зависимости от температуры наружного воздуха.

Качественный способ, получивший наиболее широкое применение в отечественном теплоснабжении, заключается в регулировании тепловой нагрузки системы теплоснабжения путем изменения t сетевой воды при постоянном расходе сетевой воды в подающей магистрали.

В системах централизованного теплоснабжения источник тепла и теплоприемники размещены на значительном расстоянии друг от друга. Увеличение по какой-либо причине расхода сетевой воды у абонентов, расположенных ближе к источнику à к значительному снижению располагаемых напоров и нарушению циркуляции теплоносителя у або­нентов, подключенных к концевым участкам теплосети. При качественном регулировании тепловой нагрузки создаются наиболее благоприятные гид­равлические условия для всех абонентских установок, что достигается по­стоянством расхода сетевой воды в системе теплоснабжения. Эта особен­ность является основным преимуществом качественного регулирования, благодаря которому оно получило широкое применение в отечественном теплоснабжении. Внедрению качественного способа, как основного спосо­ба центрального регулирования тепловой нагрузки, также способствовали невысокие цены на топливно-энергетические ресурсы, несовершен­ство или отсутствие приборов автоматического регулирования расхода и температуры у абонентов.

Вопрос № 453

Регулирование — параметр — технологический процесс

Регулирование параметров технологического процесса, предусмотренных технологическим регламентом: скорости подачи компонентов в аппарат, температуры ( применяя в некоторых случаях охлаждение), концентрации и др. по показаниям контрольно-измерительных приборов и результатам анализов.

Для контроля и регулирования параметров технологических процессов используются различные электронные приборы, например реле времени, напряжения и температуры. Применение электронных устройств в системах автоматики позволяет решать широкий круг задач, возникающих на современном уровне развития народного хозяйства.

Четвертый уровень обеспечивает контроль и регулирование параметров технологических процессов завода.

Необходимо особо подчеркнуть огромное значение контроля и регулирования параметров технологического процесса во вращающейся печи, являющейся инерционным аппаратом. Материал в печи движется противотоком продуктам горения, при этом образуются два взаимодействующих тепловых потока — газов и материала. Любое корректирующее воздействие неизбежно влияет на всю массу материала, находящегося в печи, а не только на ту его часть, параметры которой отклонились от нормативных. Отклонение от установленных значений любого параметра, влияющего на протекание процесса, вызывает нарушение режима работы, для ликвидации которого требуются определенные воздействия в течение достаточно длительного времени, зависящего от величины и продолжительности нарушения.

Классификация систем автоматизации промышленных предприятий.

К замкнутым автоматическим системам относятся автоматические системы регулирования параметров технологического процесса. Автоматическая система регулирования — разновидность автоматических систем управления — представляет собой замкнутую цепь ( объект — автоматическое управляющее устройство — объект), в которой управляющее воздействие на объект вырабатывается в результате сравнения действительного значения управляемой величины с заданным значением.

К замкнутым автоматическим системам относятся автоматические системы регулирования параметров технологического процесса.

В справочнике приведены сведения об анализаторах качества, приборах для измерения и регулирования параметров технологических процессов, средствах автоматической защиты, сигнализации и блокировки, необходимые в процессе проектирования и эксплуатации.

В связи с повышением скоростей вращения машин, более высокими требованиями к точности регулирования параметров технологических процессов, многие из которых зависят от скорости вращения, возникла необходимость в создании точных и быстродействующих тахометров с пределами измерения от нескольких долей оборотов в секунду до нескольких миллионов оборотов в секунду.

Устройство исполнительное.

Устройства исполнительные ПОУ-29, ПОУ-30 ( рис. 2) являются элементами системы автоматического управления и предназначены для регулирования параметров технологических процессов, протекающих при давлении до 32 МПа и при температуре до плюс 50 С.

Исследование технологического процесса изготовления изделий с использованием технологической наследственности по-зьоляет выявить факторы, влиявшие на свойства готового изделия и установить условия регулирования параметров технологического процесса.

Анализ результатов контроля точности технологических процессов позволяет выявить факторы, приводящие к его нарушению, установить значимость влияния каждого из факторов, рассчитать границы регулирования параметров технологического процесса.

Система непосредственного цифрового управления может выполнять следующие функции: сбор и переработку информации от датчиков технологического процесса; обмен информацией с вышестоящим уровнем иерархической системы; регулирование параметров технологического процесса по заданному закону; программное управление многостадийными технологическими процессами; выполнение несложных прогнозирующих расчетов, связанных с определением оптимальных технологических режимов; оптимальное управление отдельными участками технологического процесса.

Чтобы предупредить аварии на установках дистилляции и ректификации, предназначенных для разделения термически нестабильных продуктов под вакуумом, системы необходимо оснащать надежными средствами автоматического контроля и регулирования параметров технологического процесса, а также противоава-рийными блокировочными устройствами.

Формула расчета подачи тепла

Температура теплоносителя в зависимости от наружной температуры поддерживается теплоснабжающей организацией на основании температурного графика.

Температурный график подачи тепла в систему отопления строится на основании мониторинга температур воздуха в отопительный период. При этом выбирают восемь самых холодных зим за пятьдесят лет. Учитывается сила и скорость ветра в различных географических районах. Просчитываются необходимые тепловые нагрузки для обогрева помещения до 20−22 градусов. Для промышленных помещений установлены свои параметры теплоносителя для поддержания технологических процессов.

Составляется уравнение теплового баланса. Рассчитываются тепловые нагрузки потребителей с учётом потерь тепла в окружающую среду, производится расчёт соответствующего отпуска тепла для покрытия суммарных тепловых нагрузок. Чем холоднее на улице, тем выше потери в окружающую среду, тем больше тепла отпускается от котельной.

Популярные статьи  Какую максимальную мощность нагрузки можно подключить на размыкаемый удлинитель в моем случае?

Отпуск тепла считается по формуле:

Q= Gсв * С * (tпр-tоб), где

  • Q — тепловая нагрузка в квт, количество теплоты, отпущенное за единицу времени,
  • Gсв — расход теплоносителя в кг/сек,
  • tпр и tоб — температуры в прямом и обратном трубопроводах в зависимости от температуры наружного воздуха,
  • С — теплоёмкость воды в кДж/ (кг*град).

Методы автоматического регулирования

Системы автоматического регулирования могут создаваться на основе двух основных методов регулирования: регулирования с обратной связью, которое работает путем исправления отклонений переменной процесса после того, как они произошли; и с воздействием по возмущению, которое предотвращает возникновение отклонений переменной процесса.

Регулирование с обратной связью

Регулирование с обратной связью — это такой способ автоматического регулирования, когда измеренное значение переменной процесса сравнивается с ее уставкой срабатывания и предпринимаются действия для исправления любого отклонения переменной от заданного значения.

Контроль и регулирование основных технологических параметров: расхода, уровня, давления и температуры

Основным недостатком системы регулирования с обратной связью является то, что она не начинает регулировки процесса до тех пор, пока не произойдет отклонение регулируемой переменной процесса от значения ее уставки.

Температура должна измениться, прежде чем регулирующая система начнет открывать или закрывать управляющий клапан на линии пара. В большинстве систем регулирования такой тип регулирующего действия приемлем и заложен в конструкцию системы.

В некоторых промышленных процессах, таких как изготовление лекарственных препаратов, нельзя допустить отклонение переменной процесса от значения уставки. Любое отклонение может привести к потере продукта. В этом случае необходима система регулирования, которая бы предвосхищала изменения процесса. Такой упреждающий тип регулирования обеспечивается системой регулирования с воздействием по возмущению.

Регулирование с воздействием по возмущению

Регулирование по возмущению — это регулирование с опережением, потому что прогнозируется ожидаемое изменение в регулируемой переменной и принимаются меры прежде, чем это изменение происходит.

Это фундаментальное различие между регулированием с воздействием по возмущению и регулированием с обратной связью. Контур регулирования с воздействием по возмущению пытается нейтрализовать возмущение прежде, чем оно изменит регулируемую переменную, в то время, как контур регулирования с обратной связью пытается отрабатывать возмущение после того, как оно воздействует на регулируемую переменную.

Контроль и регулирование основных технологических параметров: расхода, уровня, давления и температуры

Система регулирования с воздействием по возмущению имеет очевидное преимущество перед системой регулирования с обратной связью. При регулировании по возмущению в идеальном случае величина регулируемой переменной не изменяется, она остается на значении ее уставки. Но ручное регулирование по возмущению требует более сложного понимания того влияния, которое возмущение окажет на регулируемую переменную, а также использования более сложных и точных приборов.

На заводе редко можно встретить чистую систему регулирования по возмущению. Когда используется система регулирования по возмущению, она обычно сочетается с системой регулирования с обратной связью. И даже в этом случае регулирование по возмущению предназначается только для более ответственных операций, которые требуют очень точного регулирования.

Технологические процессы и переменные процесса

Для нормального выполнения технологических процессов необходимо контролировать физические условия их протекания. Такие физические параметры, как температура, давление, уровень и расход могут изменяться по многим причинам, и их изменения влияют на технологический процесс. Эти изменяемые физические условия называются «переменными процесса».

Некоторые из них могут понизить эффективность производства и увеличить производственные затраты. Задачей системы автоматического регулирования является минимизация производственных потерь и затрат на регулирование, связанных с произвольным изменением переменных процесса.

На любом производстве осуществляется воздействие на сырьё и другие исходные компоненты для получения целевого продукта. Эффективность и экономичность работы любого производства зависит от того, как технологические процессы и переменные процесса управляются посредством специальных систем регулирования.

На тепловой электростанции, работающей на угле, уголь размалывается и затем сжигается, чтобы произвести тепло, необходимое для преобразования воды в пар. Пар может использоваться по множеству назначений: для работы паровых турбин, тепловой обработки или сушки сырых материалов. Ряд операций, которые эти материалы и вещества проходят, называется «технологическим процессом». Слово «процесс» также часто используется по отношению к индивидуальным операциям. Например, операция по размолу угля или превращения воды в пар могла бы называться процессом.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: