Інженерний аналіз та оптимізація систем керування позиційними приводами в запірно-регулювальних системах продуктопроводів

Abstract

Одним із ключових факторів ефективної експлуатації підприємств харчової галузі є раціональна організація технологічних комунікацій, зокрема правильний вибір і конфігурація запірно-регулювальних мереж. Актуальність дослідження полягає в необхідності розробки ефективних методів оптимізації роботи запірно-регулювальних пристроїв (ЗРП) з позиційними електропневматичними системами керування, що підвищить енергоефективність, точність регулювання та стабільність роботи обладнання. Пріоритетним напрямком досліджень, пов’язаних з імплементацією ЗРП, є обґрунтування оптимального типу контуру керування, оснащеного різними видами запірної арматури та позиційними електропневматичними системами керування, шляхом порівняльного аналізу пропорційних і дискретних розподільників. Метою дослідження є розробка математичної та фізичної моделі запірно-регулювальних систем з позиційними приводами, що застосовуються в харчовій промисловості, для подальшої оптимізації їхньої роботи. Для досягнення поставленої мети були розроблені: структурна модель ЗРП в системі продуктопроводу з приводами пропорційного керування для дослідження динамічних характеристик систем, а також чисельна модель, яка враховує нелінійності та змінні умови експлуатації. В рамках дослідження було визначено раціональні параметри конструкції та налаштування систем, що забезпечують мінімальний час відгуку, високу точність позиціювання та низький рівень вібрацій. Порівняльний аналіз різних типів розподільників і форм сигналів керування показав, що пропорційні розподільники та плавні сигнали управління забезпечують найвищу якість регулювання. One of the key factors for the effective operation of food industry enterprises is the rational organization of technological communications, in particular, the correct selection and configuration of shut-off and control networks. The relevance of the study lies in the need to develop effective methods for optimizing the operation of shut-off and control devices (SCD) with positional electro-pneumatic control systems, which will increase energy efficiency, control accuracy, and equipment stability. The priority area of research related to the implementation of ZRD is the justification of the optimal type of control circuit equipped with various types of shut-off valves and positional electro-pneumatic control systems through a comparative analysis of proportional and discrete distributors. The aim of the research is to develop a mathematical and physical model of shut-off and control systems with positional actuators used in the food industry for further optimization of their operation. To achieve this goal, the following were developed: a structural model of a shut-off and control system in a product pipeline with proportional control actuators for studying the dynamic characteristics of systems, as well as a numerical model that takes into account nonlinearities and variable operating conditions. The study identified rational design parameters and system settings that ensure minimum response time, high positioning accuracy, and low vibration levels. A comparative analysis of different types of distributors and control signal forms showed that proportional distributors and smooth control signals provide the highest quality control.