Курс «Регулирующая арматура в системах автоматизации»

Горобченко Станислав Львович

– 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.

3. Развитие регулирующих клапанов в составе контуров регулирования

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.

Чтобы улучшить точность регулирования, пытались увеличивать длину рычагов. Однако это приводило к потере устойчивости системы регулирования и появлению расходящихся колебаний регулируемой величины. Видя основную причину во внутреннем трении, конструкторы пытались снизить само трение. Однако это не решало проблемы в связи с тем, что устойчивые процессы с минимальной остаточной неравномерностью регулирования не достигались в рамках пропорционального способа регулирования. Повышения точности систем с пропорциональным способом регулирования не происходило и при использовании многих других конструкторских ухищрений.

Чтобы устранить астатизм в системах регулирования с пропорциональными регуляторами, начали вводиться принудительные виды согласования, в частности, приводы с подводом внешней энергии и корректирующей обратной связью. Корректирующая обратная связь сформировала приемлемый алгоритм функционирования регулятора. Так появился регулятор непрямого действия с внешним подводом энергии для управления контуром, состоящим из измерительного элемента, привода и элементов демпфирования и коррекции, например, пружин в пневмоприводе. В настоящее время его схема широко применяется в аналоговых пропорционально-интегральных (ПИ) регуляторах.

Как видно, пропорциональный (П) регулятор, рассмотренный нами на основе жестких механических связей «свернулся» и стал частью более совершенного ПИ–регулятора, который за счет интегральной составляющей обеспечивает сведение ошибки пропорционального регулирования в установившемся режиме к нулю. Необходимость уменьшения переходных процессов и снижение влияния разгона регулятора при приближении к заданному значению сигнала были разрешены в рамках развития ПИД–регуляторов, использующих при формировании управляющего сигнала дополнительно величину скорости изменения сигнала ошибки.