Control y regulación de los principales parámetros tecnológicos: caudal, nivel, presión y temperatura
El conjunto de operaciones individuales forma procesos tecnológicos específicos. En el caso general, el proceso tecnológico se lleva a cabo mediante operaciones tecnológicas que se realizan en forma paralela, secuencial o combinada, cuando el inicio de la siguiente operación se desplaza con respecto al inicio de la anterior.
La gestión de procesos es un problema organizativo y técnico y hoy en día se soluciona creando sistemas de gestión de procesos automáticos o automatizados.
El objetivo del control tecnológico de procesos puede ser: estabilización de alguna cantidad física, su cambio de acuerdo a un programa dado o en casos más complejos optimización de algún criterio de resumen, mayor productividad del proceso, menor costo del producto, etc.
Los parámetros de proceso típicos sujetos a control y regulación incluyen caudal, nivel, presión, temperatura y una serie de parámetros de calidad.
Los sistemas cerrados utilizan la información actual sobre los valores de salida, determinan la desviación ε (T) del valor controlado Y (t) de su valor determinado Yo) y toman medidas para reducir o eliminar completamente ε (T).
El ejemplo más simple de un sistema cerrado, llamado sistema de control de desviación, es el sistema para estabilizar el nivel del agua en el tanque, que se muestra en la Figura 1. El sistema consta de un transductor de medición de dos etapas (sensor), un dispositivo 1 de control ( regulador) y un mecanismo actuador 3, que controla la posición del cuerpo regulador (válvula) 5.
Arroz. 1. Diagrama funcional del sistema de control automático: 1 — regulador, 2 — transductor de medición de nivel, 3 — mecanismo de accionamiento, 5 — cuerpo regulador.
Control de flujo
Los sistemas de control de flujo se caracterizan por una baja inercia y frecuentes pulsaciones de parámetros.
Por lo general, el control de flujo restringe el flujo de una sustancia usando una válvula o compuerta, cambiando la presión en la tubería cambiando la velocidad del accionamiento de la bomba o el grado de derivación (desviando parte del flujo a través de canales adicionales).
Los principios de aplicación de los reguladores de flujo para medios líquidos y gaseosos se muestran en la figura 2, a, para materiales a granel, en la figura 2, b.
Arroz. 2. Esquemas de control de flujo: a — medios líquidos y gaseosos, b — materiales a granel, c — relaciones de medios.
En la práctica de la automatización de procesos tecnológicos, hay casos en los que es necesario estabilizar la relación de flujo de dos o más medios.
En el esquema que se muestra en la Figura 2, c, el flujo a G1 es el maestro, y el flujo G2 = γG — esclavo, donde γ — la relación de caudal, que se establece en el proceso de regulación estática del regulador.
Cuando cambia el flujo maestro G1, el controlador FF cambia proporcionalmente el flujo esclavo G2.
La elección de la ley de control depende de la calidad requerida de estabilización de parámetros.
Control de nivel
Los sistemas de control de nivel tienen las mismas características que los sistemas de control de caudal. En el caso general, el comportamiento del nivel se describe mediante la ecuación diferencial
D (dl / dt) = Ginebra — Gota + Garr,
donde S es el área de la parte horizontal del tanque, L es el nivel, Gin, Gout es la tasa de flujo del medio en la entrada y salida, Garr — la cantidad de medio que aumenta o disminuye la capacidad (puede ser igual a 0) por unidad de tiempo T.
La constancia del nivel indica la igualdad de las cantidades de líquido suministrado y consumido. Esta condición puede garantizarse influyendo en el suministro (Fig. 3, a) o el caudal (Fig. 3, b) del líquido. En la versión del regulador que se muestra en la Figura 3, c, los resultados de las mediciones del suministro de líquido y el caudal se utilizan para estabilizar el parámetro.
El pulso de nivel de líquido es correctivo, excluyendo la acumulación de errores debido a errores inevitables que ocurren cuando el suministro y el caudal cambian. La elección de la ley de regulación también depende de la calidad requerida de estabilización de parámetros. En este caso, es posible utilizar no solo controladores proporcionales sino también posicionales.
Arroz. 3. Esquemas de sistemas de control de nivel: a — con efecto sobre la fuente de alimentación, byc — con efecto sobre el caudal del medio.
Regulación de presión
La constancia de presión, como la constancia de nivel, indica el balance material del objeto. En el caso general, el cambio de presión se describe mediante la ecuación:
V (dp / dt) = Ginebra — Gota + Garr,
donde VE es el volumen del aparato, p es la presión.
Los métodos de control de presión son similares a los métodos de control de nivel.
Control de temperatura
La temperatura es un indicador del estado termodinámico del sistema. Las características dinámicas del sistema de control de temperatura dependen de los parámetros físico-químicos del proceso y del diseño del aparato. La peculiaridad de tal sistema es la importante inercia del objeto y, a menudo, del transductor de medición.
Los principios de implementación de los termorreguladores son similares a los principios de implementación de los reguladores de nivel (Fig. 2), teniendo en cuenta el control del consumo energético en la instalación. La elección de la ley reglamentaria depende del impulso del objeto: cuanto mayor es, más compleja es la ley reglamentaria. La constante de tiempo del transductor de medición se puede reducir aumentando la velocidad de movimiento del refrigerante, reduciendo el grosor de las paredes de la cubierta protectora (manga), etc.
Regulación de la composición del producto y parámetros de calidad
Al ajustar la composición o la calidad de un producto dado, es posible una situación en la que un parámetro (por ejemplo, la humedad del grano) se mide discretamente. En esta situación, la pérdida de información y la reducción de la precisión del proceso de ajuste dinámico son inevitables.
El esquema recomendado de un regulador que estabiliza algún parámetro intermedio Y (t), cuyo valor depende del principal parámetro controlado: el indicador de calidad del producto Y (ti) se muestra en la Figura 4.
Arroz. 4. Esquema del sistema de control de calidad del producto: 1 — objeto, 2 — analizador de calidad, 3 — filtro de extrapolación, 4 — dispositivo informático, 5 — regulador.
El dispositivo informático 4, utilizando un modelo matemático de la relación entre los parámetros Y (t) e Y (ti), evalúa continuamente la calificación de calidad. El filtro de extrapolación 3 proporciona un parámetro de calidad del producto estimado Y (ti) entre dos mediciones.