Controle e regulação dos principais parâmetros tecnológicos: vazão, nível, pressão e temperatura

O conjunto de operações únicas forma processos tecnológicos específicos. No caso geral, o processo tecnológico é realizado por meio de operações tecnológicas que são realizadas em paralelo, sequencialmente ou em combinação, quando o início da próxima operação é deslocado em relação ao início da anterior.

A gestão de processos é um problema organizacional e técnico e hoje é resolvido através da criação de sistemas de gestão de processos automáticos ou automatizados.

O objetivo do controle tecnológico do processo pode ser: estabilização de alguma quantidade física, sua alteração de acordo com um determinado programa ou em casos mais complexos otimização de algum critério de sumarização, maior produtividade do processo, menor custo do produto, etc.

Parâmetros de processo típicos sujeitos a controle e regulação incluem vazão, nível, pressão, temperatura e vários parâmetros de qualidade.

Os sistemas fechados usam as informações atuais sobre os valores de saída, determinam o desvio ε (T) do valor controlado Y (t) de seu valor determinado Yo) e tomam ações para reduzir ou eliminar completamente ε(T).

O exemplo mais simples de um sistema fechado, chamado de sistema de controle de desvio, é o sistema de estabilização do nível de água no tanque, mostrado na Figura 1. O sistema é composto por um transdutor de medição de dois estágios (sensor), um dispositivo de controle 1 ( regulador) e um mecanismo atuador 3, que controla a posição do corpo regulador (válvula) 5.

Arroz. 1. Diagrama funcional do sistema de controle automático: 1 — regulador, 2 — transdutor de medição de nível, 3 — mecanismo de acionamento, 5 — corpo regulador.

Controle de fluxo

Os sistemas de controle de fluxo são caracterizados por baixa inércia e frequentes pulsações de parâmetros.

Normalmente, o controle de fluxo restringe o fluxo de uma substância usando uma válvula ou portão, alterando a pressão na tubulação alterando a velocidade do acionamento da bomba ou o grau de desvio (desviando parte do fluxo por canais adicionais).

Os princípios de aplicação dos reguladores de fluxo para meios líquidos e gasosos são mostrados na figura 2, a, para materiais a granel — na figura 2, b.

Arroz. 2. Esquemas de controle de fluxo: a — meios líquidos e gasosos, b — materiais a granel, c — proporções dos meios.

Na prática de automação de processos tecnológicos, há casos em que é necessário estabilizar a vazão de dois ou mais meios.

No esquema mostrado na Figura 2, c, o fluxo para G1 é o mestre, e o fluxo G2 = γG — escravo, onde γ — a taxa de vazão, que é definida no processo de regulação estática do regulador.

Quando o fluxo mestre G1 muda, o controlador FF muda proporcionalmente o fluxo escravo G2.

A escolha da lei de controle depende da qualidade necessária da estabilização dos parâmetros.

controle de nível

Os sistemas de controle de nível têm as mesmas características dos sistemas de controle de fluxo. No caso geral, o comportamento do nível é descrito pela equação diferencial

D (dl / dt) = Gin — Gota + Garr,

onde S é a área da parte horizontal do tanque, L é o nível, Gin, Gout é a vazão do meio na entrada e na saída, Garr — a quantidade de meio aumentando ou diminuindo a capacidade (pode ser igual a 0) por unidade de tempo T.

A constância do nível indica a igualdade das quantidades de líquido fornecido e consumido. Esta condição pode ser assegurada influenciando a alimentação (Fig. 3, a) ou o caudal (Fig. 3, b) do líquido. Na versão do regulador mostrada na Figura 3, c, os resultados das medições de alimentação de líquido e vazão são utilizados para estabilizar o parâmetro.

O pulso de nível de líquido é corretivo, excluindo o acúmulo de erros devido a erros inevitáveis ​​que ocorrem quando a alimentação e a vazão mudam. A escolha da lei de regulação também depende da qualidade necessária da estabilização dos parâmetros. Neste caso, é possível usar controladores não apenas proporcionais, mas também posicionais.

Arroz. 3. Esquemas de sistemas de controle de nível: a — com efeito na fonte de alimentação, b e c — com efeito na vazão do meio.

Regulagem de pressão

A constância da pressão, como a constância do nível, indica o equilíbrio material do objeto. No caso geral, a mudança na pressão é descrita pela equação:

V (dp / dt) = Gin — Gota + Garr,

onde VE é o volume do aparelho, p é a pressão.

Os métodos de controle de pressão são semelhantes aos métodos de controle de nível.

Controle de temperatura

A temperatura é um indicador do estado termodinâmico do sistema. As características dinâmicas do sistema de controle de temperatura dependem dos parâmetros físico-químicos do processo e do projeto do aparelho. A peculiaridade de tal sistema é a inércia significativa do objeto e, muitas vezes, do transdutor de medição.

Os princípios de implementação dos termorreguladores são semelhantes aos princípios de implementação dos reguladores de nível (Fig. 2), tendo em conta o controlo do consumo de energia na instalação. A escolha da lei regulatória depende da dinâmica do objeto: quanto maior, mais complexa a lei regulatória. A constante de tempo do transdutor de medição pode ser reduzida aumentando a velocidade de movimento do refrigerante, reduzindo a espessura das paredes da tampa protetora (manga), etc.

Regulamentação da composição do produto e parâmetros de qualidade

Ao ajustar a composição ou a qualidade de um determinado produto, é possível que um parâmetro (por exemplo, umidade do grão) seja medido discretamente. Nesta situação, a perda de informação e a redução da precisão do processo de ajuste dinâmico são inevitáveis.

O esquema recomendado de um regulador que estabiliza algum parâmetro intermediário Y (t), cujo valor depende do principal parâmetro controlado - o indicador de qualidade do produto Y (ti) é mostrado na Figura 4.

Arroz. 4. Esquema do sistema de controle de qualidade do produto: 1 — objeto, 2 — analisador de qualidade, 3 — filtro de extrapolação, 4 — dispositivo de computação, 5 — regulador.

O dispositivo de computação 4, usando um modelo matemático da relação entre os parâmetros Y (t) e Y (ti), avalia continuamente a classificação de qualidade. O filtro de extrapolação 3 fornece um parâmetro de qualidade de produto estimado Y (ti) entre duas medições.