Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf

Некоторые анализаторы являются устройствами периодического действия. С и х помощью производится только один анализ за опре­ деленный промежуток времени. При работе с такими анализаторами контур регулирования периодически отключается. К этой группе устройств относятся в основном хроматографы. В главе I V будет подробно рассмотрен такой контур регулирования, а также приве­ дены методы, позволяющие учесть периодичность его работы.

В ряде анализаторов наряду с транспортным имеет место и допол­ нительное запаздывание. Обычно это не оказывает влияния на работу контура регулирования, кроме случая, когда объектом является лишь небольшой участок трубопровода, постоянная времени кото­ рого меньше постоянной времени анализатора. Необходимо также учесть, что при сравнительно быстрых измерениях состава вещества имеют место дополнительные погрешности. Например, определение электропроводности или величины рН может быть выполнено бы­ стрее, чем произойдет полное смешение раствора и, следовательног при анализе будут определены параметры лишь частично смешанной фазы, что может привести к перерегулированию.

Время запаздывания в импульсных линиях анализаторов обычно постоянно, а в технологическом трубопроводе зависит от расхода жидкости в нем. Время запаздывания резервуара с мешалкой незна­ чительно (в пределах F]Fa) и зависит от расхода жидкости; в боль­ шинстве систем эти колебания невелики. Следовательно, период собственных колебаний контура регулирования состава продукта практически постоянен. При этом его динамический коэффициент передачи (кроме систем с объектами, в которых преобладает запазды­ вание, связанное с технологическими трубопроводами) также является постоянной величиной.

Статические характеристики большинства анализаторов близки к линейным, что не приводит к иская^ению коэффициента передачи контура регулирования. Исключение составляют приборы для анализа величины рН, особенности которого были рассмотрены выше. Анализаторы состава смеси обычно обладают высокой чувствитель­ ностью в связи с необходимостью получения продукта высокого качества. Поэтому коэффициент передачи контура регулирования состава смеси неизменно оказывается большим. Например, чистота продуктов разделения газовых смесей должна определяться с точ­ ностью 1,0 ± 0,2%.

В настоящее время даже расход вещества не представляется возможным регулировать с точностью ± 1 % при нестационарном процессе. Однако к системам регулирования состава продукта предъявляются более высокие требования. Этим, вероятно, объяс­ няется сложность регулирования состава продуктов. Так как состав вещества можно определять с точностью до 0 , 1 % , то полагают, что регулирование состава вещества должно осуществляться с той же точностью.

Коэффициент передачи объекта. Размерный коэффициент пере­ дачи объекта, изображенного на рис. Ш - 8 , представляет собой

89

первую производную от состава продукта на выходе х по расходу концентрата X. Составим уравнение материального баланса отно­ сительно измеряемого компонента:

X=Fx

Отсюда

Поскольку номинальный расход жидкости F, как было показано выше, является постоянной величиной, то коэффициент передачи объекта также постоянен. Это еще раз подтверждает то положение, что если коэффициент передачи и постоянная времени объекта в уста­ новившемся режиме одинаково изменяются в зависимости от расхода вещества, то динамический коэффициент передачи остается неизмен­ ным. Коэффициент передачи в установившемся режиме, как было вычислено выше, следует учитывать только при расходе, равном номинальному F.

Размерный коэффициент передачи объекта при регулировании состава смеси всегда можно определить из уравнения материального баланса, составленного относительно вещества, поступающего в объ­ ект и выходящего из него. Если состав выходящего из объекта ве­ щества регулируется изменением его расхода на входе, как в данном примере, то объект является линейным. Если же состав выходящего вещества регулируется изменением его расхода на выходе из объекта, то последний описывается уравнением гиперболы:

X

Отсюда

Аналогичная зависимость уже встречалась в примере с регулиро­ ванием температуры, когда заданная температура охлаждающей среды поддерживалась изменением ее расхода. При регулировании состава и температуры смеси регулируемый параметр всегда яв­ ляется функцией отношения обеих переменных величин. Если же изменяемая величина находится в числителе, то объект является линейным.

Пример Ш - 6 . В объекте, изображенном на рис. Ш-8, регулируется состав продукта на выходе по компоненту х посредством изменения расхода концен­ трата X, добавляемого к разбавителю, причем номинальный расход раствора жидкости на выходе равен F.

Предположим, что объем резервуара составляет 380 л, а номинальный расход раствора 76 л/мип. Если 95% вещества перемешивается полностью, то время чистого запаздывания в резервуаре составит

ООП

90

Предположим, что время, затрачиваемое на отбор пробы, также равпо- 0,25 мнп, а время, необходимое для ее анализа, составляет 3 с. В таком случае общее время чистого запаздывания в контуре регулирования

xd= 0,25 + 0,25 = 0,5 мин

Период собственных колебаппй контура без учета трех секунд, необходимых, для анализа пробы, составит 4т,г = 2,0 мин.

Сдвиг по фазе для времени запаздывания, равного 3 с, при периоде соб­ ственных колебаппй 2,0 мпп

2п 3,0/60

Регулирующий клапан при таком запаздывании увеличивает фазовый сдвиг еще иа 9°. При этом период собственных колебаний системы возрастает при­ мерно до

Динамический коэффициент передачи объекта может быть вычислен как: коэффициент передачи для основной постоянной времени:

G i = 2лт! = 2л, 4,75 = 0,0737

Размерный коэффициент передачи объекта может быть найден как отношение изменения состава смеси по компоненту х (в процентах) к изменению расхода концентрата X при номинальном расходе

Так как исследуемый объект является линейным по отношению к расходу концентрата, целесообразно использовать клапан с линейной характеристикой^ Предположим, что максимальный расход концентрата составляет 7,5 л/мин. Тогда

Качество продукта обычно определяется с высокой точностью. Допустим, что анализатор работает в пределах от 4,5 до 5,5% при заданном значении кон­ центрации-5%. Тогда диапазон шкалы датчика составляет 1 % . Следовательно,, коэффициент передачи анализатора GT = 100%/1% = 100.

Далее определим диапазон пропорциональности регулятора, необходимый для демпфирования колебаний до 1 / i амплитуды за одпи перпод. Диапазон про­ порциональности регулятора равен произведению всех найденных коэффициен­ тов передачи, умпожеииому иа 200:

Таким образом, для сравнительно простого объекта мы получили довольно большое значение диапазона пропорциональности регу­ лятора. Можно ожидать, что при регулировании сложных объектов

9L

Таблица 2. Результаты анализа типовых контуров регулирования