Станислав Горобченко - Курс «Регулирующая арматура в системах автоматизации»

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

– требование увеличения срока безостановочной работы

– специализация контуров регулирования по типу обслуживаемого участка техпроцесса.

– увеличение числа контуров, их типов и объема информации и числа настроечных параметров, передаваемых на них.

– выделение измерительных контуров регулирования, критических и специализированных контуров регулирования

В составе измерительного комплекса:

– согласование характеристик клапана с измерительным прибором в составе контура регулирования

– выделение критических и специализированных контуров регулирования

– автоповерка на эффективность регулирования по заданным технологическим параметрам

– создание информационно-измерительных комплексов с развитием прогнозирующего математического обеспечения.

В составе элемента технологического процесса и клапанного хозяйства:

– усложнение клапанов и внедрение клапанных узлов, увеличение количества внутренних контуров самого клапана, например, диагностики, безопасности и др.

– повышение надежности клапанов и самодиагностика

– интеллектуализация клапанов

– интегрирование клапанов в систему DCS, повышение числа настроечных параметров, объема передаваемых данных

– переход на внешнее сервисное обслуживание.

Часто арматуру не рассматривают как существенную часть систем автоматизации, ограничивая названием «звено регулирования» или «исполнительный орган (устройство)». Однако, в зависимости от уровня используемой арматуры, можно либо получить требуемое качество и характеристику регулирования, либо постоянно испытывать проблемы с колебательностью процесса, погрешностью регулирования и т. п.

Ниже мы проведем небольшой экскурс в развитие регулирующей арматуры в составе контуров регулирования и попробуем определить эффективность применения поворотной арматуры в них при замене арматуры с линейно-поступательным перемещением штока.

КОНТУРЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

Первым контуром регулирования был механический контур с регулятором прямого действия с непосредственным регулированием. На многих старых предприятиях еще можно встретить контуры регулирования с использованием рычажных механизмов с механической связью элементов между собой. Рост скорости проводимых процессов с увеличением давления в потоке и требований к быстродействию регуляторов приводил к значительному усложнению, как клапанов, так и конструкций, обеспечивающих их движение. В частности, это проявилось в сложной связи клапана с грузами или пружинами для обеспечения регулирующего воздействия.

Стал более заметен и другой недостаток прямых регуляторов – их неспособность строго поддерживать заданное значение регулируемой величины при различных нагрузках объекта. В дальнейшем этот дефект, названный «статической ошибкой» или «неравномерностью регулирования», так и остался не решенным в рамках механических регуляторов и регуляторов прямого действия. Например, прямой регулятор с мембранным механизмом может иметь ошибку позиционирования до 20% при отсутствии корректирующей обратной связи.