Классификация объектов управления
Объекты управления классифицируются в соответствии с типом протекающего технологического процесса (его кинетикой), который и определяет принципиальное решение по его автоматизации, а именно:
какие параметры процесса следует регулировать и контролировать;
об изменении каких параметров следует сигнализировать;
с изменением каких параметров необходимо вносить управляющие воздействия.
Выделяют 5 классов технологических процессов:
механические;
гидромеханические;
тепловые;
масообменные;
химические.
К механическим процессам относятся: измельчение, дозирование, сортировка, перемещение твердых и сыпучих материалов (т.е. все процессы, связанные с физическим воздействием на твердые и сыпучие материалы); к гидромеханическим - движение жидкостей и газов по трубам, фильтрация жидкостей, очистка газов (т.е. все процессы связанные с перемещением газа или жидкости).
К тепловым процессам, связанным с переносом тепла из одной среды в другую, относятся: нагревание-охлаждение, выпаривание, конденсация, кристаллизация.
К массообменным процессам, связанным с переносом вещества (группы веществ) из одной среды в другую относятся: ректификация, абсорбция, адсорбция, сушка, экстракция. К химическим процессам относятся все процессы химического взаимодействия, такие как окисление, восстановление, синтез, полимеризация.
Технологические процессы одного типа (класса) могут отличаться друг от друга аппаратурным оформлением и свойствами перерабатываемых веществ, однако они протекают по одним и тем же законам и характеризуются аналогичными зависимостями между параметрами.
Типы (классы) технологических процессов
В кинетическом уравнении гидромеханических процессов:
dG
- перенос количества жидкости или газа
за промежуток времени
.
- поверхность
переноса жидкости или газа;
- сопротивление
переносу жидкости или газа;
- константа скорости
(величина, обратная сопротивлению
).
- перепад давления
на участке переноса - движущая сила
гидромеханических процессов.
В кинетическом уравнении тепловых процессов:
dQ - перенос количества тепла за промежуток времени .
- поверхность
переноса тепла;
- сопротивление
переносу тепла;
- коэффициент
теплопередачи (величина, обратная
сопротивлению R2);
- перепад температуры
между средами, обменивающимися теплом
- движущая сила тепловых процессов.
В кинетическом уравнении массообменных процессов:
dM - количества вещества или группы веществ, перенесенного из одной среды в другую за промежуток времени ;
- поверхность
переноса вещества или группы веществ;
- сопротивление
переносу вещества или группы веществ;
- коэффициент
массопередачи (величина, обратная
сопротивлению
);
- разность
концентраций распределяемого вещества
(группы веществ) - движущая сила
масообменных процессов.
В кинетическом уравнении химических процессов:
dC - изменение концентрации реагирующего вещества за промежуток времени ;
- константа скорости
химической реакции;
- концентрации
взаимодействующих веществ.
Как видно из таблицы, скорость любого процесса прямо пропорциональна его движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению. Характер этих зависимостей, в первую очередь, определяет параметры, которые должны участвовать в управлении.
ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Все параметры технологических процессов можно разделить на 3 группы:
входные;
режимные;
выходные.
Входные параметры характеризуют материальные и энергетические потоки на входе в аппарат, например, расход, концентрацию, давление, температуру веществ, поступающих в аппарат.
Режимные параметры дают представление об условиях протекания процесса в аппарате и могут быть сосредоточенными и распределенными.
К объектам управления с сосредоточенными режимными параметрами относятся аппараты, в которых реализуется гидродинамический режим, близкий к идеальному смешению, когда происходит выравнивание всех режимных параметров (например, температуры и концентрации вещества) по всему объему аппарата. Примером могут служить котлы сферической формы и различные смесительные аппараты.
Идеальное смешение
К объектам управления с распределенными режимными параметрами относятся аппараты, в которых реализуется гидродинамический режим, близкий к идеальному вытеснению, т.н. поршневой режим без эффектов продольного и поперечного перемешивания потока. Именно за счет этого происходит распределение всех режимных параметров по пространственной координате аппарата. Этот случай характерен для аппаратов, у которых длина аппарата превышает его поперечный размер более чем в 20 раз. Например, трубопроводные системы, кожухотрубные теплообменные аппараты, различные аппараты колонного типа.
Идеальное вытеснение
L d 20
Выходные параметры характеризуют материальные и энергетические потоки на выходе из аппарата, например, химический состав конечного продукта, его температуру, количество отходов и т. д. Это могут быть также сводные экономические показатели процесса, например, себестоимость конечной продукции.
Совокупность значений параметров процесса называют технологическим режимом, а совокупность значений параметров, обеспечивающих решение задачи управления процессом – нормальным технологическим режимом.
Нормальный технологический режим задают и оформляют в виде технологической карты. В карте приводят перечень параметров, значение которых необходимо поддерживать на определенном уровне, а также указывают диапазон значений, в котором эти параметры могут изменяться без серьезных отрицательных последствий для технологического процесса.
Управление технологическим процессом сводится к поддержанию параметров на значениях, соответствующих нормальному технологическому режиму.
ВОЗМУЩАЮЩИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
Реальные объекты управления постоянно в той или иной степени подвергаются возмущающим воздействиям, которые нарушают нормальный режим процесса. Различают внешние и внутренние возмущающие воздействия.
Внешние возмущающие воздействия проникают в объекты управления извне как в результате прямого воздействия внешней среды на него, так и в результате изменения входных и некоторых выходных параметров процесса.
Внутренние возмущающие воздействия возникают в самом объекте управления, например, изменение активности катализатора и загрязнение стенок аппарата.
При управлении процессом особое внимание следует обратить на внешние возмущающие воздействия, поскольку они поступают в объект управления чаще, чем внутренние, и некоторые из них возможно ликвидировать еще до поступления в него.
Многие возмущающие воздействие трудно заранее предугадать, что значительно усложняет управление процессом.
