Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf

Процессы регулирования можно разделить на простые и слож­

т у р н ы е . Первые характеризуются тем, что регулированию в объ­ екте подлежит лишь один параметр; для вторых характерно под­ держание в объекте на заданных значениях нескольких регулируе­ мых параметров. Сложность процессов или систем обусловливается в основном взаимовлиянием контуров регулирования, когда регули­ рующее воздействие, осуществленное в одном из контуров, сказы­ вается на состоянии параметров в других контурах.

Примерами о д н о к о н т у р н ы х с и с т е м р е г у л и р о в а н и я могут служить следующие: а) в целлюлозно-бумажной промыш­ ленности — поддержание определенного уровня в мешальных бас­ сейнах, баках оборотной воды, вакуум-фильтрах и т. д.; подогре­ вание серы в плавильном баке до определенной температуры; под­

рах в канифольно-терпентинном производстве; поддержание по­ стоянной температуры в трубчатом испарителе установки для пе­ реработки мисцеллы в канифольно-экстракционном производстве; поддержание температуры в кубе-этерификаторе в этилацетатном производстве и т. д.; в) в гидролизной промышленности — поддер­ жание температуры упаривания дрожжевой суспензии; поддержа­ ние заданной скорости изменения уровня серной кислоты в мер­ нике узла подачи кислоты в гидролизаппарат; поддержание уровня гидролизата в испарителях; поддержание pH нейтрализации и т. д.; г) в производстве древесностружечных и древесноволокнис­ тых плит — регулирование температуры подогревания жидкости в трубчатых теплообменниках; регулирование температуры в по­ догревателях воды (аккумуляторах); регулирование давления прес­

сования и т. д.

Примерами м н о г о к о н т у р н ы х с и с т е м а в т о м а т и ч е с ­ к о г о р е г у л и р о в а н и я могут служить следующие: а) в цел­ люлозно-бумажном производстве — комплексное регулирование технологического процесса варки сульфатной целлюлозы в верти­ кальных варочных аппаратах; комплексное регулирование техно­ логического процесса варки полуцеллюлозы в горизонтальных ва­ рочных аппаратах; поддержание на заданных значениях массы квадратного метра и влажности бумажного полотна и т. д.; б) в ле­ сохимической промышленности — комплексное регулирование тех­ нологического процесса уваривания канифоли в змеевиковой ко­ лонне канифольно-экстракционного производства; регулирование технологического процесса отгонки скипидара от живицы и увари­ вания канифоли в канифолеуваривательных колоннах канифольно­ терпентинного производства; регулирование процесса ректификации в этилацетатном или бутилацетатном производствах; регулирование технологического процесса пиролиза древесины в вертикальной циркуляционной реторте и т. д.; в) в гидролизной промышленно-

сти — регулирование процесса сушки дрожжей в распылительных сушилках; регулирование технологического процесса выращивания дрожжей в дрожжерастильных чанах; регулирование технологи­ ческого процесса очистки фурфурола от головных фракций в очист­ ной фурфурольной колонне и т. д.; г) в производстве древесностру­ жечных и древесноволокнистых плит — регулирование процесса прессования плит; регулирование технологического процесса тер­ мовлагообработки плит; регулирование технологического процесса формирования древесностружечного полотна и т. д.

Системы автоматического регулирования разделяются на замк­ нутые, работающие по принципу измерения отклонения регулируе­ мой физической величины от заданного значения, разомкнутые, работающие по принципу измерения возмущения, действующего па объект регулирования, или по заранее рассчитанной-программе управления, и комбинированные, работающие по принципу, объе­ диняющему два первых, т. е. являющиеся одновременно замкну­ тыми и разомкнутыми.

В зависимости от закона изменения задающего воздействия или закона изменения установившегося заданного значения регу­ лируемой величины системы автоматического регулирования разде­ ляются на следующие группы: а) стабилизирующие — системы с постоянным или мало изменяющимся заданным значением регу­ лируемой величины; б) программные — системы, у которых задан­ ное значение регулируемой величины изменяется во времени по заранее известному закону (программе); в) следящие — системы, у которых закон изменения заданного значения регулируемой вели­ чины заранее не известен и определяется какой-либо другой вели­ чиной, произвольно изменяющейся во времени; г) оптимизирую­ щие — системы, у которых значение регулируемой величины задается и поддерживается самим регулятором на оптимальном значении (в том числе максимально или минимально возможном при данных внешних условиях); частным случаем последних являются экстре­ мальные системы автоматического регулирования.

В качестве регулируемого параметра выбирается любая физи­ ческая величина, определяющая оптимальное протекание техноло­ гического процесса. В зависимости от технических возможностей измерительной аппаратуры контроль за значением регулируемого параметра осуществляется либо измерением самой регулируемой величины, либо измерением другой физической величины, характе­ ризующей регулируемый параметр. Например, при регулировании состава башенной кислоты в целлюлозном производстве можно контролировать и поддерживать либо плотность раствора, либо его электропроводность. Несмотря на физическое различие этих пара­ метров, в обоих случаях достигается один и тот же результат, т. е. устанавливается определенная концентрация башенной кислоты. Однако сложность измерения плотности кислоты заставляет отдать предпочтение регулированию состава кислоты (концентрации) по ее электропроводности. И в этом случае есть определенные трудности в осуществлении конструкции первичного измерительного преобразо-

116

вателя (необходимость учета влияния температуры кислоты на ее электропроводность и др.).

Вследствие большого разнообразия контролируемых и регули­ руемых величин приходится применять всевозможные методы конт­ роля и регулирования параметров объектов. Выбор средств, контроля и регулирования в первую очередь зависит от свойств объектов: способности пропускать через себя и накапливать в себеэнергию или вещество; запаздывания; самовыравнивания; количе­ ства емкостей; статических и динамических характеристик. Объекты регулирования принято характеризовать: нагрузкой, скоростью и временем разгона; постоянной времени, степенью самовыравни­ вания; коэффициентом емкости и временем запаздывания.

Нагрузка объекта регулирования. Объекты регулирования ха­ рактеризуются непрерывным притоком в них и одновременно отто­ ком из них энергии или вещества. Количество энергии или веще­ ства, перерабатываемое в объекте за единицу времени, называется его нагрузкой. В производственных условиях нагрузка то возрас­ тает, то убывает, то остается некоторое время постоянной. Часто изменение нагрузки бывает неравномерным, что усложняет работу регуляторов. Для того чтобы восполнить потребляемую из объекта энергию или вещество и поддержать нормальный ход процесса, нх необходимо подводить в объект в количестве, равном отводимому. При наличии равновесия между подачей и потреблением и отсут­ ствии иных возмущающих воздействий регулируемый параметр поддерживается регулятором на заданном значении.

Одноемкостные и многоемкостные объекты регулирования. Об­ щим свойством регулируемых объектов является способность на­ капливать тепловую или какую-либо другую энергию, жидкость, газ и т. п. Накапливание энергии или вещества возможно лишь в том случае, если в регулируемом объекте имеются сопротивления выходу тепла, жидкости, газа и пр.

Количество накопленной объектом энергии или накопленного в объекте вещества называется емкостью объекта регулирования.

Объекты могут быть одноемкостными, двухъемкостными или многоемкостными. Две или более емкости в объектах имеются в том случае, если существуют сопротивления, разграничивающие эти емкости. Общая емкость объекта слагается из всех его емко­ стей, аккумулирующих энергию или вещество.

. Рассматривая варочный котел как тепловой регулируемый объект, показателем объекта по запасу тепловой энергии в регу­ лируемой системе следует считать температуру варочной жидко­ сти, от размера которой зависит количество тепла, заключенного в варочной жидкости и щепе. В то же время другим показателем данного объекта является давление газов в верхней части котла^ зависящее от емкости по количеству этих газов.

Примером одноемкостного объекта служит напорный ящик с переливом, в который насосом перекачивается масса из мешального бассейна. Масса подается с некоторым избытком, который возвращается в бассейн по переливной трубе. При установке

117

регулятора уровня возврат массы прекращается и снижаются непро­ изводительные расходы электроэнергии. Напорный ящик является одноемкостным гидравлическим объектом с регулированием уровня массы. В нем имеется также тепловая емкость в массе, но по­ скольку температура массы не регулируется, тепловая емкость не учитывается. Одноемкостным объектом является также любой сме­ шивающий теплообменник, в котором подогрев жидкости произво­ дится смешением с ней греющего пара.

Примером двухъемкостного объекта является трубчатый подо­ греватель жидкости, имеющий тепловые емкости по теплу, аккуму­ лированному в трубах, и подогреваемой жидкости. В подогревателе есть и другие тепловые емкости (тепловая емкость греющего пара, корпуса подогревателя), но они не учитываются либо во избежа­ ние усложнения расчета, либо из-за относительно малого размера других емкостей.

Влияние емкости как свойства объекта регулирования на ха­ рактер протекания переходных процессов характеризуется так на­ зываемым коэффициентом емкости.

Коэффициент емкости равен количеству энергии или вещества, которое необходимо ввести в объект или вывести из объекта для того, чтобы изменить размер регулируемого параметра на еди­ ницу измерения.

Например, количество тепла в джоулях, необходимое для изме­ нения температуры в объекте на 1°С, является коэффициентом ем­ кости при регулировании температуры.

Из уравнения теплового объекта

(59)

определяется коэффициент емкости:

(60)

dz

где L — коэффициент емкости, Дж/К; G — масса тела, кг;

с — теплоемкость, Дж/ (кг • К ); Q — тепловой поток, Вт;

t— температура, °С;

т— время, с.

Коэффициент емкости в большинстве случаев является пере­ менной величиной. Например, при регулировании уровня жидко­ сти в варочном котле на каждый сантиметр изменения уровня тре­ буется различное количество жидкости, что обусловливается изме­ нением площади зеркала поверхности жидкости из-за криволиней­ ной конфигурации котла и наличия щепы.

В варочном котле регулируется одновременно несколько пара­ метров: температура жидкости, давление в газовой части, уровень жидкости и т. д. В первом случае коэффициентом емкости будет

118