Многие технологические процессы в современном производстве используют различные жидкости и газы. Они могут использоваться как независимо, так и работать во взаимосвязи: расход одной среды влияет на подачу другой, изменение одного параметра требует корректировки второго, а итоговый результат зависит от их точного соотношения и согласованной работы. Именно поэтому сегодня все большую роль играют процессы взаимозависимого дозирования и регулирования жидкостей и газа.
Такие задачи встречаются в самых разных отраслях. В химическом производстве к потоку газа подают жидкие реагенты для очистки, нейтрализации или изменения состава среды. В водоподготовке в жидкость вводят воздух или другой газ для аэрации, окисления и последующей обработки. В пищевой промышленности при выпуске напитков вода и сироп работают вместе с углекислым газом, а качество продукта напрямую зависит от того, насколько точно выдержаны расход, последовательность и соотношение компонентов. В энергетике газ и жидкость участвуют в процессах подачи топлива, подготовки среды и поддержания рабочих режимов оборудования.
В таких процессах значение имеет не только отдельный расход жидкости или газа, а их взаимосвязанная работа. Если в газовый поток вводится жидкая примесь, реагент или увлажняющий компонент, система должна поддерживать заданное соотношение между основным потоком и добавкой. Если в жидкость подается газ для насыщения, аэрации или технологической обработки, расход газа должен соответствовать расходу жидкости и текущему режиму линии.
Поэтому становится все более востребован подход, при котором измерение, дозирование, регулирование и управление объединяются в единую систему. Такой подход позволяет поддерживать нужное соотношение компонентов, дозировать по заданию, автоматически управлять режимами, запускать и останавливать процесс по нужным условиям, а также получать понятные данные для анализа и диспетчерского контроля.
Технологические процессы взаимозависимого регулирования и дозирования жидкостей и газа
В процессах, где основным потоком является газ, а в него нужно вводить дополнительные компоненты, важно обеспечить важно обеспечить их согласованную и зависимую подачу. Если меняется расход основного газа, должна изменяться и подача примеси или жидкого реагента в заданной пропорции.
К таким процессам относятся:
- Приготовление защитной газовой атмосферы в термических печах (расход добавочного газа зависит от расхода основного газа и требуемой концентрации компонентов в защитной атмосфере).
- Приготовление технологических газовых смесей для производственных линий (расход одного газового компонента зависит от расхода другого газа и заданного процентного состава смеси).
- Подача одоранта в поток природного газа (расход жидкого одоранта зависит от объема или расхода природного газа и требуемой концентрации одоранта).
- Абсорбционная очистка газовых потоков в химическом производстве (расход жидкого абсорбента зависит от объема газа, его расхода и требуемой степени очистки).
- Скрубберная очистка дымовых и технологических газов жидкими реагентами (расход жидкого реагента зависит от расхода газа, его состава и необходимой эффективности очистки).
- Нейтрализация отходящих газов на промышленных установках (расход нейтрализующего раствора зависит от объема отходящих газов, их химического состава и требуемой степени нейтрализации).
- Подготовка топливно-газовых смесей для дальнейшей подачи в технологическое оборудование (расход добавочного газа зависит от расхода основного топлива и требуемого состава топливной смеси).
- Аэрация сточных вод на очистных сооружениях (расход воздуха зависит от объема сточной воды, ее расхода и требуемой концентрации растворенного кислорода).
- Озонирование воды (расход озона зависит от расхода воды, ее объема, степени загрязнения и требуемой дозы обработки).
- Сатурация напитков углекислым газом (расход углекислого газа зависит от расхода напитка, его объема и требуемой степени насыщения CO2).
- Барботаж в химических реакторах (расход газа зависит от объема жидкой фазы, интенсивности перемешивания и требуемой скорости протекания реакции).
- Насыщение технологических растворов газом (расход газа зависит от объема раствора, его расхода и требуемой концентрации растворенного газа).
- Подача воздуха в биореакторы (расход воздуха зависит от объема среды, концентрации биомассы и требуемого уровня кислородообеспечения процесса).
И другие процессы, где жидкость и газ работают как взаимосвязанные среды.
В одних случаях жидкость дозируется в поток газа, в других сам расход газа должен регулироваться относительно подачи жидкости. Но смысл один и тот же: параметры этих сред нельзя рассматривать отдельно, потому что технологический результат определяется их совместной работой.
Проблемы текущей реализации технологических процессов
Перечисленные выше процессы требуют большого количества отдельных приборов для реализации стоящих технологических задач. По мере развития производства к уже существующим участкам постепенно добавляются новые точки измерения, отдельные блоки управления, локальные регуляторы, модули для исполнительных механизмов и дополнительные средства передачи данных. В результате вместо единой технологической системы формируется разрозненная и перегруженная структура, в которой каждый прибор решает свою локальную задачу, но общая логика процесса становится все менее прозрачной.
Такая реализация особенно заметно усложняет процессы, где одновременно участвуют жидкость и газ, а отдельные параметры зависят друг от друга. Чем больше в схеме независимых устройств, тем труднее обеспечить согласованную работу всех участков. Формально система работает, но фактически она становится громоздкой, трудной в сопровождении и плохо приспособленной к быстрому изменению режимов.
Проблема заключается не только в большом количестве оборудования, но и в том, что такая архитектура усложняет сам технологический процесс. Любая корректировка режима, расширение участка, добавление нового контура или изменение логики управления требует затрагивать сразу несколько элементов системы. Вместо удобного инструмента управления предприятие получает сложную многослойную схему, которая требует постоянного внимания и дополнительных ресурсов.
Еще одна трудность связана с восприятием процесса самим технологом и эксплуатационными службами. Когда ключевые функции распределены между множеством приборов, становится сложнее быстро увидеть общую картину, понять причину отклонений и оценить, как одно изменение влияет на весь участок.
Необходимость единого прибора для контроля и управления
Если посмотреть на сложности производства, становится понятно: оно нуждается в единой приборной основе, которая позволит собрать ключевые функции в одной логике работы.
Такая система приборов должна решать сразу весь комплекс задач, который возникает в технологических процессах с жидкостями и газом. Прежде всего она должна обеспечивать точный контроль параметров процесса и уметь использовать эти данные для принятия решений. То есть она должна работать, как активный элемент технологического управления. Если изменился расход газа, система должна учитывать это при подаче жидкой добавки или примеси. Если меняется режим жидкостной линии, система должна понимать, нужно ли скорректировать связанный газовый поток. Если задано определенное соотношение сред, она должна помогать его поддерживать, а не просто фиксировать отклонения постфактум.
Такая система должна обеспечивать дозирование и регулирование как единый процесс, основанный на многопараметрических измерениях нескольких сред одновременно. В технологической схеме важны не только расход или объем одного потока, но и взаимосвязь дозирования газа и жидкости, регулирование их соотношения, контроль давления, концентрации, накопленного объема и других параметров, от которых зависит результат процесса.
Следующий важный уровень — управление исполнительными механизмами. Такая система не должна ограничиваться измерением и логикой, она должна уметь реально воздействовать на процесс: открывать и закрывать клапаны, включать и выключать насосы, управлять вентиляторами и другими механизмами, от которых зависит фактическая подача среды.
Еще одна важная функция — координация нескольких потоков в одном процессе. Если технологический результат зависит от соотношения жидкости и газа, от последовательности подачи нескольких компонентов или от совместной работы нескольких участков, система должна видеть это как одну связанную задачу. То есть не работать с каждым потоком изолированно, а учитывать их взаимное влияние, синхронизировать действия и удерживать общую технологическую логику процесса.
Кроме того, такая система должна обеспечивать накопление и передачу информации. Для производства важно не только то, как система отработала в моменте, но и возможность потом проанализировать процесс производства. Она должна позволять добавлять новые потоки, новые точки контроля, новые исполнительные механизмы и новые сценарии управления без полной перестройки всей архитектуры. То есть предприятие должно получать не временное локальное решение, а основу, на которой можно последовательно строить более современный и управляемый технологический процесс.
Если коротко, такая система приборов должна измерять, анализировать, дозировать, регулировать, управлять оборудованием, координировать связанные потоки и формировать единую картину процесса. Только в этом случае она действительно становится не набором приборов, а рабочим инструментом управления технологией.
Недавно, такая система приборов появилась у одного из лидеров рынка производства измерительного оборудования для промышленности и ЖКХ - "Энергосберегающей компании "ТЭМ":
Основой является вычислитель ТЭСМАРТ-ВК - высокотехнологичный многофункциональный прибор, предназначенный для измерения, обработки, хранения и передачи данных о параметрах газа, жидкости и тепловой энергии. Его ключевая особенность заключается в многоканальности: устройство позволяет подключить до шести каналов измерения расхода газа и жидкостей в различных комбинациях. В одном проекте это могут быть каналы природного газа и теплоносителя, в другом — вода, технологические жидкости и пищевые среды, а в третьем — сразу несколько независимых потоков одного и того же ресурса.
В связке с контроллером ТСМ-СМАРТ ПАК-200 и модулем управления ТЭСМАРТ-АСУ, получается единая система: ТЭСМАРТ-ВК отвечает за измерение и передает системе данные о расходе и объеме жидкостей или газа, ТСМ-СМАРТ ПАК-200 выступает как основной управляющий центр, который анализирует эти данные, задает логику работы и принимает решения о том, как должен идти процесс дозирования или регулирования, а ТЭСМАРТ-АСУ уже непосредственно управляет исполнительными механизмами — клапанами, насосами, приводами и другим оборудованием, выполняя команды системы на практике. Важным преимуществом системы является ее масштабируемость: она позволяет подключать большое количество датчиков, измерительных приборов и модулей управления, постепенно расширяя контур контроля, дозирования и регулирования без перестройки всей архитектуры.
Функции контроллера ТСМ-смарт ПАК-200:
- WEB интерфейс для настройки параметров, написания программ, наладки и управления, в том числе удаленного.
- Возможность расширения количества и автоматического определения модулей контроля и управления.
- Планировщик заданий, позволяющий запускать программы в определенное время, с определенной периодичностью и при перезагрузке (потере и восстановлении питания).
- Возможность использования управляющих устройств оснащенных собственными модулями реального времени, что значительно увеличивает точность выполнения команд.
- Возможность использования переменных, условных и безусловных циклов, скриптов, логических и математических операций, в том числе с переменными, сохранения состояний и значений входов контрольных устройств и др.
Заключение
Итак, технологические процессы, в которых одновременно участвуют жидкости и газы, требуют особенно точного и согласованного управления, поскольку итоговый результат здесь зависит не от одного отдельного параметра, а от совместной работы сразу нескольких взаимосвязанных потоков. Именно поэтому развитие таких процессов сегодня связано с переходом от разрозненных схем к более целостным и удобным системам.
