Методи регулювання рівня та закони регулювання автоматичних регуляторів в сар рівня

В залежності від заданої точності регулювання рівня застосовують:

а) позиційне регулювання, при якому рівень в апараті підтримується в заданих межах L_НLL_В, де L_Н, L_В - задані нижнє і верхнє значення рівня. Позиційні системи регулювання застосовуються в збірниках рідин, в проміжних ємностях та ін. При досягненні граничного значення рівня відбувається автоматичне перемикання потоку на запасну ємність (рис.5).

Рис. 5. Приклад позиційного регулювання рівня: 1 - насос; 2 - технологічний апарат; 3 - давач рівня; 4 - регулятор рівня; 5, 6 - регулюючі клапани

б) неперервне регулювання, яке забезпечує стабілізацію рівня на заданому значенні L=L₀.

Вибір законів регулювання в САР рівня залежить від заданих показників якості регулювання.

Рівень рідини схильний до коливань при наявності зовнішніх збурень. В промислових апаратах рівень рідини, як правило, коливається з амплітудою, яка в деяких випадках може досягати 20-30% від номінального значення рівня. В більшості випадків контури регулювання рівня швидкодіючі, бо період коливань складає декілька секунд. Введення Д - складової в закон регулювання недоцільно, бо це приводить до збільшення амплітуди коливань.

В неперервних системах регулювання можуть застосовуватись П - регулятори, якщо за умовами роботи ОР допустима статична похибка регулювання і збурення, що діють на ОР, не мають постійної складової. Теоретично САР рівня з П - регулятором є стійкою при будь-яких збуреннях і коефіцієнтах передачі регулятора. Для зменшення статичної похибки регулювання необхідно збільшувати коефіцієнт передачі регулятора. Для реальних ОР під оптимальним значенням коефіцієнта передачі П - регулятора приймають таке, при якому ще відсутній коливний перехідний процес. Для забезпечення стійкості контуру достатньо встановити невеликий діапазон пропорційності регулятора.

ПІ-регулятори застосовуються в ОР, де рівень впливає не тільки на гідродинамічну рівновагу в об’єкті, а й на теплові процеси. Так, наприклад, в парових теплообмінниках, рівень конденсату визначає поверхню теплообміну. Вимоги до точності регулювання рівня в таких апаратах є достатньо високі.

До найбільш розповсюджених (99% від існуючих) систем регулювання рівня відносять одноімпульсні системи (регулювання рівня безпосередньо за значенням лише рівня).

При відсутності фазових перетворень в технологічному апараті рівень у ньому регулюють одним із двох способів (рис. 6):

а) зміною витрати рідини на вході в апарат (регулювання на „притоку”);

б) зміною витрати рідини на виході з апарата (регулювання на „стоку”);

Рис. 6. Спрощені ФСА неперервного регулювання рівня: а) регулювання „на притоку”;

Б) регулювання „на стоку”; 1- регулятор рівня; 2 - регулюючий орган

В деяких випадках для регулювання рівня використовують каскадні САР (регулювання співвідношення витрат на вході в технологічний апарат і на виході із нього з корекцією за рівнем). Для прикладу розглянемо систему регулювання рівня у барабані котла, який працює у регулюючому режимі (рис. 7). При зміні витрати пари регулятор 2 автоматично змінює витрату живильної води до тих пір, поки не стане рівним внаслідок чого матеріальна рівновага у барабані котла відновиться. Регулятор 2 реагує як на зовнішнє збурення за відбором пари , так і на збурення . Цей регулятор реалізує рівняння матеріального балансу у системі, тому рівень L у барабані котла змінюється повільно. У випадку відхилення рівня L від заданого значення регулятор 1 коректує роботу регулятора 2 у напрямку виконання умов: = і L=.

Характерною особливістю такої САР є можливість швидко реагувати на зовнішні збурення (в даному випадку витрата пари ), ще до зміни основної регульованої величини (рівня L в барабані парового котлоагрегату).

Ці системи значно складніші від одноконтурних САР, але враховуючи широкі можливості комп’ютерної техніки вони все ширше впроваджуються у практику сучасних систем автоматизації.

Рис. 7. Каскадна САР рівня в барабані парового котлоагрегату:

1 - регулятор рівня; 2 - регулятор співвідношення :; 3 - первинні перетворювачі витрати , ; , - витрата пари та живильної води, відповідно.

У випадку коли гідродинамічні процеси в апараті супроводжуються фазовими перетвореннями, рівень можна регулювати шляхом зміни подачі теплоносія (або холодагента) (рис.8) або витрати конденсату. В таких апаратах рівень взаємопов’язаний з іншими параметрами, (наприклад, тиском P_S) тому вибір способу регулювання рівня в кожному випадку повинен виконуватися з врахуванням решти контурів регулювання.

Рис.8. Спрощена ФСА рівня у випарнику:

1 - випарник; 2 - регулятор рівня; 3 – регулюючий орган