Автоматизированная система управления процессом термического синтеза спека

Автоматизированная система управления процессом термического синтеза спека

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

6уу

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20,1077 (21) 2535072/18-02 с присоединением заявки ¹â€” (511М. Кл.

С 05 В 15/00

F 27 D 19/00

F 27 В 7/00. Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 050480, Бюллетень )ч 13 ЭЛ) Х,ЦК 622.785, .6(088.8) Датаолуттлииояания олисания Q7O48D

A. И. Блитштейн, И. С. Лившиц, Д. В. Семилетова, A. A. Ступаченко и Б. А. Шишков (72) Авторы изобретения (71) 3 а яв итель (54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА; УПРАВЛЕНИЙ

ПРОЦЕССОМ ТЕРМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА CHEKA

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами и может быть использовано при разработке и усовершенствовании технологических линий производства керамических спеков, осуществляемого во вращающихся печах.

Известна автоматизированная система управления процессом термичес- 1О кого синтеза спека во вращающихся . печах, содержащая управляющую электронную вычислительную машину, связанный с ней пульт оператора, датчики информации о состоянии технологического процесса и исполнительные механизмы, соединенные с электронной вычислительной машиной при помощи преобразователей информации и коммутаторов, блок выработки уставок рас- 2О хода первичного воздуха в зависимости от скорости изменения температуры в зоне горения вращающейся печи и блок выработки уставок расхода первичного воздуха в зависимости от саста- 25 ва топочных газов, выходы которых соединены с регулятором первичного воздуха (1).

Недостатком известной системы )является отсутствие воэможности прове- 3p дения процесса { с заданной степенью окислитель ности га зов ой среды. целью изобретения является проведение процесса с заданной степенью окислительности газовой среды.

Указанная цель достигается эа счет того, что в, предлагаемую автоматизированную систему управления технологическим процессом дополнительно введены блок переключения контуров управления, блок выработки раэностного сигнала по величине подсоса воздуха в зоне горения вращающейся печи и индикатор подсоса воздуха в зоне горения вращающейся печи, выход которого соединен с первым входом блока выработки разностного сигнала по величине подсоса воздуха в. зоне горения, второй вход, Флока выработки разностного сигн1ла соединен через электрониую вычислительную машину с пуль том оператора, а выход соединен со входом блока )переключения контуров управления, первый выход которого соединен с блоком выработки уставок расхода первичного воздуха, а второй выход с блоком выработки уставок расхода первичного воздуха.

На фиг. 1 приведена схема связи элементов системьц. на фиг. 2 — схе726496 г4а связи контуров управления степенью окислительности газовой среды по скорости изменения температуры в печи; на фиг. 3 — схема связи контуров управления степенью окислительности газовой среды по составу топочных газов; на фиг. 4 — схема подчинения контуров управления; на фиг. 5 — кривые, характеризующие эффективность техйологического процесса.

Система содержит: вращающуюся .10 йечь 1, форсунку 2, турбовентилятор 3, иополнительный механизм 4 для регулирования расхода воздуха, датчик 5 расхода воздуха, топливный насос 6, исполнительный механизм 7 для регули- 5 рования расхода топлива, датчик 8 расхода топлива, приемник 9 готовой . продукции (спека), коммутатор 10, аналого-цифровой преобразователь 11, электронновычислительную машйну 12, 2© осуществляющую: анализ и обработку информации о состоянии техпроцесса и управление работой системы в целом, пульт 13 оператора, блок 14 выработ:ки уставок .по расходу воздуха в за- я» висимости от скорости изменения тем:пературы в зоне горения печи, блок

15 выработки уставок по расходу воздуха в зависимости бт состава топочных газов,- блок 16 выработки раэн я тного сигнала по величине подсоса воздуха .в зоне горения вращающейся печи, блок 17 формирования управляющих сигналов, цифро-аналоговый преобразова- . . тель 18, усилители "мощности 19, газо- З анализатор 20 кислорода,,гаэоанализатор 21 углекислого газа, газоанализатор 22 окиси углерода, привод 23 печи, датчик 24 температуры в зоне горейия, индикатор 25 подсоса возду:: ха в зойе горения вращающейся печи, . 40 дозаторный насос 26, резервуар 27. для хранения сырьевой смеси, дыиос»ос . 28, блок 29 переключения койтур»ов управления, блок -ЗО формирования сигналов управления расходом топлива (входит в состав блока 17), блок 31 формирования сигналов управленйя"расходом воздуха (входит в состав бло.ка 17), блок 32 расчета коэффициента избытка кислорода по составу топоч- () ных газов, блок 33 выработки сигналов раосОгласованйя по температуре, блок

34 расчета соотношения топливо-воздух по скорости изменения температу-. рьт, контур 35 управления расходом

:топлива, контур 36 управления расходом воздуха, контур 37 управления температурой, контур-38 уйравленкя соотйошейие»м топливо-воздух по скорости изменения температурй, контур 39 управления коэффициентом избытка 60 кислорода по составу топочных газов, контур 40 управления степенью окис Лительности газовой среды в печи -в зависимости от величины подсоса воз-, дчха.. 65

Система работает следующим образом.

С выхода индикатора 25 через коммутатор 10 и аналого-цифровой преобразователь 11 обработанная в ЭВМ-12 информация о величине этого параметра поступает на первый информационный вход блока 16 выработки раэностного сигнала по величине подсоса воздуха в зоне горения. На второй информационный вход этого блока с выхода пульта

13 оператора поступает заданное значение величины подсоса воздуха, при котором целесообразен переход от управления степенью окислительности газовой среды по скорости изменения температуры к управлению этим параметром по коэффициенту избытка кислорода в топочных газах.

При достаточно малом подсоее воэдуха разностный сигнал заданного и измеренного значения величины подсоса воздуха, вырабатываемый в блоке

16,имеет отрицательное значение.

Этот сигнал с выхода блока 16 подается на вход блока 29 переключения контуров управления, Блок 29 вырабатывает управляющее воздействие на включение контура 38 управления и входящих в него контуров 37, 35 н 36. Это управляющее воздействие подается на вход блока 14. В контурах управления 35 и 36 на основании информации о расходе топлива и воздуха, поступающей от датчиков 8 и 5 на вход блоков 30 и 31, формируются управляющие сигналы, поступающие с выходов этих блоков на исполнительные механизмы расхода топлива 7 и расхода воздуха 4.

Отработкой исполнительных механизмов 7 и 4 компенсируются возмущения, воздействующие на расход топлива.

В контуре управления 37 установочное значения температуры с выхода пульта.13 оператора и информация о температуре в печи 1 от датчика 24 поступает на вход блока 33 выработки сигналов . рассогласования по температуре. Блок 33 вырабатывает сигнал рассогласования по температуре, который с выхода этого блока подается на вход блока 30 формирования сигналов управления расходом топлива. Последний входит в состав контура 35 управлейия.

3а счет работы контура 37 и входящего в него контура 35, производитcs компенсация возмущений, воэдействующих иа температуру в печи.В блоке 14, входящем в состав контура 38 управления, на основании установочных текущих значений соотношения топливо-воздух вырабатывается сигнал рассогласования по этому параметру, который с выхода блока 14 поступает на вход блока 31 формирования сигналов управления расходом воздуха, входящего в состав контура !

726496

П-значение величины подсоса воздуха в зону горения. Площадь под этой линией II (горизонтальная штриховка) соответствует интегральной эффективности процесса, управляемого способом экстремального управления, реализованным с помощью контура 38. Огра60

35 управления, Текущее значение соотношения топливо-воздух определяется - следующим образом: по управляющему сигналу от ЗВМ12 блок 17(31) формирования управляющих сигналов формирует управляющий сигнал приращения 5 величины расхода воздуха. Этот сигнал поступит на вход исполнительного механизма 4, управляющего расходом воздуха. Поступивший сигнал требует изменения температуры на велйчину, достаточную для определения текущего значения соотношения топливовоздух по экстремальной характеристике, но не влияющего н а качество продукции. Информация о .текущем значении температуры от датчика темпе) ратуры 4 поступает на вход блока 34., Блок 34 расчета соотношения топливовоздух по скорости изменения температуры реализует способ определения

;рабочей точки экстремальной функции, 20 которую в данном случае представ-. ляет экстремальная зависимость теМпературы от соотношения топливо-воздух. С выхода блока 34 на вход блока

14 выработки уставок по расходу воэ- 2$ духа поступает сигнал уставки, соответствующий рассчитанному значению соотношения топливо-воздух. На второй вход этого блока от пульта. оператора поступает уставочное значе- 30 ние этого соотношения. Выработанная

l блоком 14 уставка по расходу воздуха поступает с выхода этого блока на вход блока 31 формирования сигналов . управления расходом воздуха, входя- З щего контура Зб.

Однако применение способа экстремального управления степенью окисли.тельности газовой среды по скорости изменения температуры, реализованного с помощью контура 38, имеет ограничение, связанное с существованием возмущающего фактора, которым является периодически, возникающий достаточно сильный подсос наружного воздуха в зону горения топлива, образую- 45 щий неоднородность газовой среды в месте измерения ее температуры, что резко увеличивает суммарную погрешность управления степенью окислительности газовой среды и снижает эффек- 5Q тивность процесса. Графически сниже- . ние эффективности управления (как обратной величины суммарной погреш- ности управления, выраженной в Ъ) в зависимости от величины подсоса воз- у духа показано на фиг. 5 линией П, по оси ординат: — обратное значение суммарной величины погрешности управления (эффективность), по оси абсцисс . ничением этого способа является увеличение погрешности управления (см. линию П в правой частй графы).

Подсос наружного воздуха в зону горения зависит одновременно от ряда факторов: например, давления газа в камере сушки, скорости выхода из печи топочных газов и др. Наиболее значимый фактор — это условия инжекции, создаваемые формой факела. Управление формой факела с целью оптимизации условий спекания производится, например, изменением давления воздуха в камере форсунки 2 (на фиг.

1 датчик и регулятор давления воздуха в камере форсунки 2 не показаны).

При увеличении давления воздуха в камере форсунки"-2 факел становится более жестким. Инжекция наружного воздуха в зону горения возрастает, увеличивается степень окислительносI ти газовой среды. При этом подсос сам по себе становится возмущением, увеличивающим суммарную погрешность управления.

Наоборот, при уменьшении давления воздуха в:камере форсунки 2 факел становится рыхлым, расплывчатьм; инжекция наружного воздуха в зону сгорания печи уменьшаеТся. При достаточно малом подсосе возмущение уменьшается и суммарная погрешность управления степенью окислительности газовой средой также уменьшается.

При значительном подсосе воздуха в зону горения, управление производится с помощью контура 39 и входящих в него контуров управления 35, Зб и 37, которые работают так же, как и в случае подключения их к контуру 38 (фиг. 4) . На входы блока 15 выработки уставок расхода воздуха

s зависимости от состава топочных газов от пульта оператора и от блока 32 расчета коэффициента избытка кислорода поступают сигналы, соответствукицие уставочным ;и измеренным значениям коэффициента избытка кислорода в топочных газах.

На основании этой информации блок

15 вырабатывает уставку по расходу воздуха, которая с выхода этого блока через блок 29 переключения контуров управления поступает на вход блока формирования сигналов управления расходом воздуха 31, входящего в контур управления 37. Отработка механйзмом

8 расхода топлива и расхода воздуха

4 компенсирует возмущение воздействия на процесс.

Эффективность технологического процесса при работе контура 39 показана на фиг. 5 линией, обозначенной цифрой l. Площадь под этой линией (косая штриховка) соответствует интегральной эффективности процесса при использовании данного способа управления. В правой части графика область ч," ммююйдййз Ф -- м ВФ .ВФ."...,... с4мйэФФРВРЫ 934 %% ..-".".эфь« - ... .. «%"

7264

8 - это эффективи«ос ь "мото«рая;вьЖг-" рывается в сравнении с слоем применения способа управления процессом по скофжти изменения лемпер« уфй" в rieчи в области достаточно большого эна-

Феййя" в«елйчины подсоса воэдуха. -- - .При большом изменении величины подсоса вбздуха""Ъ зоне"" "орзййя печи в .работе систейи-принимает участие контур управления 40 и входящие в состав него койтуры 35,36,37, 38 и ®

39. На вход блока 16 выработки сигна" ла рассьгласовайия по величийе" подсоса воздуха, от индикатора подсоса

35 и от пульта оператора 13 поступает информация об измеренной и заданной величинах подсоса наружного воздуха в зону горения печи. Блок 16 на осно-; вании этой информации вырабатывает= разностный сигнал и формирует управляющий сигнал, который с выхода этого блока поступает на блок 29 пере- 20 ключения контуров. Блок 29 "включает в работу этого контура один из двух контуров, нли контур 38, если сигнал рассогласования, переходя через 0 тфинимает положительное значение, или контур 39, если сигнал рассоглаcosàíéÿ, проходя через 0 принимает отрицательное значение. В первом случае контур 40 работает с койтУром

38, во втором случае — c контуром 30

39. В обоих случаях достигается заданйая степень окислительности газовой среды в печи и максимальная эффективность процесса.

На -фиг. 5 эффективность процесса управления с помощью контура 40 показана линией, обозначенной цифрой

ttl. В левой части графика в зоне достаточно малого подсоса воздуха эта линия совпадает с линией и, характерной для способа управления по 40 скорости изменения температуры, и охватывает площадь A (горизонтальная штриховка).

В правой части графика в зоне .достаточно большого подсоса воздуха линии В! совпадает с линией I, харак,терной для способа управления по коэффициенту избытка кислорода в топочных газах и охватывает площадь

Б(кОсая штриховка) . 50

Таким образом, дополнительно введенные в систему блок 29 переклю чения контуров управления=,. блок 16. выработки разности сигнала по величине подсоса воздуха в зоне горения

:вращающейся печи и индикатор 25 подсоса воздуха в зоне горенйя, входя1

96

8 щие в состав контура 40 управления реализуют способ, действующий с максимальной эффективностью во всем диапазоне величины подсоса воздуха в зоне горения.

Формула изобретения

Автоматйзированная система управления процессом термического синтеза спеха, например, для производства керамических конденсаторов, осуществляемого во вращающихся печах, содержащая управляющую электронную вычислительную мащ ну, связанный с нею пульт оператора, датчики информации о состоянии технологического процесса и исполнительные механизмы, соединеннйе с электронной вычислительной машиной при помощи преобразователей информации и коммутаторов, блок выработки уставок расхода первичного воздуха в зависимости от скорости изменения температуры в зоне горения вращающейся печи и блок выработки уставок расхода первичного воздуха: в зависимости от состава топочных газов, выходы которых соединены с регулятором расхода первичного воздуха, о тл и ч а ю щ а я с я тем,.-что, с целью получения и поддерживания заданной степени окислительньсти газовой среды во вращающейся печи в нее дополни-. тельно введены: блок переключения контуров управления; блок выработки разностного сигнала по величине подсоса воздуха в зоне горения вращающейся печи и индикатор подсоса воздуха

B зоне горения вращающейся печи, выход которого соединен с первым входом блока выработки разностного сигнала по величине подсоса воздуха в зоне горения, второй вход блока выработки разностного сигнала соединен через электронную вычислительную машину с пультом оператора, а выход соединен со входом блока переключения контуров управления, первый выход которого соединен с блоком вы,работки уставок расхода первичного ,воздуха в зависимости от скорости изменения теьшературы в зоне горения, а второй выход — с блоком выработки уставок расхода первичного воздуха в зависимости от состава топочных газов.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Патент CQR 9 3437325, кл. 263-32; 1969.