Contrôle et régulation des principaux paramètres technologiques : débit, niveau, pression et température

L'ensemble des opérations individuelles forme des processus technologiques spécifiques. Dans le cas général, le procédé technologique est réalisé au moyen d'opérations technologiques qui sont réalisées en parallèle, séquentiellement ou en combinaison, lorsque le début de l'opération suivante est décalé par rapport au début de la précédente.

La gestion des processus est un problème organisationnel et technique et aujourd'hui il est résolu en créant des systèmes de gestion de processus automatiques ou automatisés.

Le but du contrôle de processus technologique peut être : la stabilisation d'une grandeur physique, son changement selon un programme donné ou dans des cas plus complexes l'optimisation de certains critères de synthèse, la productivité la plus élevée du processus, le coût le plus bas du produit, etc.

Les paramètres de processus typiques soumis au contrôle et à la régulation comprennent le débit, le niveau, la pression, la température et un certain nombre de paramètres de qualité.

Les systèmes fermés utilisent les informations actuelles sur les valeurs de sortie, déterminent l'écart ε (T) valeur contrôlée Y (t) par rapport à sa valeur déterminée Yo) et prennent des mesures pour réduire ou éliminer complètement ε(T).

L'exemple le plus simple d'un système fermé, appelé système de contrôle de déviation, est le système de stabilisation du niveau d'eau dans le réservoir, illustré à la figure 1. Le système se compose d'un transducteur de mesure à deux étages (capteur), d'un dispositif 1 contrôle ( régulateur) et un mécanisme d'actionnement 3, qui contrôle la position du corps de régulation (vanne) 5.

Riz. 1. Schéma fonctionnel du système de contrôle automatique : 1 - régulateur, 2 - transducteur de mesure de niveau, 3 - mécanisme d'entraînement, 5 - corps de régulation.

Contrôle de flux

Les systèmes de régulation de débit se caractérisent par une faible inertie et des pulsations fréquentes des paramètres.

En règle générale, le contrôle du débit limite le débit d'une substance à l'aide d'une vanne ou d'une vanne, modifiant la pression dans la canalisation en modifiant la vitesse de l'entraînement de la pompe ou le degré de dérivation (détournant une partie du débit à travers des canaux supplémentaires).

Les principes d'application des régulateurs de débit pour les milieux liquides et gazeux sont illustrés à la figure 2, a, pour les matériaux en vrac - à la figure 2, b.

Riz. 2. Schémas de régulation du débit : a — fluides liquides et gazeux, b — matériaux en vrac, c — rapports des fluides.

Dans la pratique de l'automatisation des processus technologiques, il existe des cas où il est nécessaire de stabiliser le rapport d'écoulement de deux ou plusieurs supports.

Dans le schéma illustré à la figure 2, c, le débit vers G1 est le maître et le débit G2 = γG - esclave, où γ - le rapport de débit, qui est défini dans le processus de régulation statique du régulateur.

Lorsque le débit maître G1 change, le régulateur FF modifie proportionnellement le débit esclave G2.

Le choix de la loi de commande dépend de la qualité de stabilisation des paramètres recherchée.

Niveau de contrôle

Les systèmes de contrôle de niveau ont les mêmes caractéristiques que les systèmes de contrôle de débit. Dans le cas général, le comportement du niveau est décrit par l'équation différentielle

D (dl / dt) = Gin — Goutte + Garr,

où S est la surface de la partie horizontale du réservoir, L est le niveau, Gin, Gout est le débit du milieu à l'entrée et à la sortie, Garr — la quantité de milieu augmentant ou diminuant la capacité (peut être égal à 0) par unité de temps T.

La constance du niveau indique l'égalité des quantités de liquide fournies et consommées. Cette condition peut être assurée en influençant l'alimentation (Fig. 3, a) ou le débit (Fig. 3, b) du liquide. Dans la version du régulateur illustrée à la figure 3, c, les résultats des mesures d'alimentation en liquide et de débit sont utilisés pour stabiliser le paramètre.

L'impulsion de niveau de liquide est corrective, excluant l'accumulation d'erreurs dues aux erreurs inévitables qui se produisent lorsque l'alimentation et le débit changent. Le choix de la loi de régulation dépend également de la qualité de stabilisation des paramètres recherchée. Dans ce cas, il est possible d'utiliser non seulement des régulateurs proportionnels mais aussi des régulateurs de position.

Riz. 3. Schémas des systèmes de contrôle de niveau: a - avec un effet sur l'alimentation électrique, b et c - avec un effet sur le débit du fluide.

Régulation de la pression

La constance de la pression, comme la constance du niveau, indique le bilan matière de l'objet. Dans le cas général, la variation de pression est décrite par l'équation :

V (dp / dt) = Gin — Goutte + Garr,

où VE est le volume de l'appareil, p est la pression.

Les méthodes de contrôle de pression sont similaires aux méthodes de contrôle de niveau.

Contrôle de la température

La température est un indicateur de l'état thermodynamique du système. Les caractéristiques dynamiques du système de régulation de température dépendent des paramètres physico-chimiques du procédé et de la conception de l'appareillage. La particularité d'un tel système est l'inertie importante de l'objet et souvent du transducteur de mesure.

Les principes de mise en œuvre des thermorégulateurs sont similaires aux principes de mise en œuvre des régulateurs de niveau (Fig. 2), en tenant compte de la maîtrise de la consommation énergétique de l'installation. Le choix de la loi de régulation dépend de la dynamique de l'objet : plus il est grand, plus la loi de régulation est complexe. La constante de temps du transducteur de mesure peut être réduite en augmentant la vitesse de déplacement du liquide de refroidissement, en réduisant l'épaisseur des parois du capot de protection (manchon), etc.

Régulation de la composition du produit et des paramètres de qualité

Lors de l'ajustement de la composition ou de la qualité d'un produit donné, une situation est possible lorsqu'un paramètre (par exemple, l'humidité du grain) est mesuré de manière discrète. Dans cette situation, la perte d'informations et la réduction de la précision du processus d'ajustement dynamique sont inévitables.

Le schéma recommandé d'un régulateur qui stabilise un paramètre intermédiaire Y (t), dont la valeur dépend du principal paramètre contrôlé - l'indicateur de qualité du produit Y (ti) est illustré à la figure 4.

Riz. 4. Schéma du système de contrôle de la qualité du produit : 1 — objet, 2 — analyseur de qualité, 3 — filtre d'extrapolation, 4 — dispositif informatique, 5 — régulateur.

Le dispositif de calcul 4, utilisant un modèle mathématique de la relation entre les paramètres Y(t) et Y(ti), évalue en permanence la note de qualité. Le filtre d'extrapolation 3 donne un paramètre estimé de qualité du produit Y(ti) entre deux mesures.