Пневматическое управляющее устройство для регулирования температуры и уровня куба ректификационной колонны

Пневматическое управляющее устройство для регулирования температуры и уровня куба ректификационной колонны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«и752243

l (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 240778 (21) 2648478/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 300780. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 300780

{51) М. ((л.

Г 05 D 11/04

G 05 В 11/58

Государственный комитет

СССР оо дедам изобретений и открытий (53) УДК 621 — 525 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А. А. Абдуллаев;. Э. М.,Пжафаров, P. A. Аскеров, И. А. Искендеров, М. М. Файяэов и Ф. С. Абдуллаев

Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной (71) Заявитель автоматизации в нефтяной и химической промьпаленности Нефтехимавтоматика (5 4 ) ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУР61 И УРОВНЯ КУБА

РЕКТИФИКАЦИОННО(1 КОЛОННЦ

Йэобретение относится к системам автоматического регулирования и может найти применение для взаимосвязанного регулирования нелинейных, нестационарных с перекрестными каналами процессов нефтехимии, нефтепереработки и др. отраслей промышленности, например для регулирования взаимосвязанных параметров (уровень и температура) то куба ректификационной колонны в процессе получения стирола.

Известна структурная схема связанного регулирования реального объекта (куба ректификационной колонны) с двумя связанными. между собой регулируемыми параметрами, в которой регулируются температура и уровень (1).

Недостатком известной системы является то, что при ректификации легкокипящих смесей с близкими точками кипения изменение в широких пределах характеристик объекта и перекрестных связей межд регулируемыми параметрами температуры и уровня приводит к 25 ухудшению качественных показателей процесса управления.

Наиболее близкой к изобретению является система автоматического регулирования, содержащая два параллельных контура, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика параметра, регулятора и исполнительного механизма (2).

Недостатком известной системы является то, что в ней не учитывается ,наличие связей между регулируемыми величинами и поддерживается требуемый процесс управления по каждой из них независимо друг от друга; зто неучтенное взаимное влияние между отдельными контурами регулирования значительно ухудшает функционирование системы и даже может привести к потере устойчивости при широких пределах измерения степени связей регулируемых параметров по перекрестным каналам (при 0 с. Kñü с 1)

Как известно, длясохранения устойчивости .системы несвязанного регулирования при наличии внутренних связей параметров по перекрестным кана-. лам приходится увеличивать пределы пропорциональности регулятора (уменьшать коэффициент усиления) для тогс) чтобы амплитудно-фаэовая характеристика системы не охв,атывала бы точку комплексной плоскости с координатами (0; 1,0) по сравнению с настройкой

752243 регулятора в системе с одним парамет- ный прибор 3 с задатчиком температуры, ом. Очевидно, это приводит к умень- регулятор температуры, пропорциональшению скорости действия регулятора, но-интегральный регулятор с перемена в конечном итоге ухудшению качества ной структурой (ПИ РПС), состоящий из процесса регулирования. интегрального блока, включающего элеСледует отметить, что при сильных мент 4 сравнения, реле 5, переменный внутренних связях возможность полу5 дроссель 6, емкость 7, пропорцио альн чения высокого качества регулирова- ный блок, включающий элемент 8 сранния следует искать не путем корректи- нения, реле 9, переменные дроссели 10 ования настройки несвязанных между и 11, элемент 12 умножения на постоянрова собой регуляторон, а созданием сис- ный коэффициент, блок формиронани р Я темы связанного регулирования. ошибки, включающий элементы 8 и 3 ,0

1 1

Цель изобретения — при широком из сравнения, клапан 14, блок преднаременении характеристики объектов и ния, включающий переменный дроссель связей между регулируемыми параметра 15, емкость 16, элеь ент 17 сравнения, ми ii лучшить качество регулирования и з адат чик 18, фс рми рующий си гн ал опоря 19. расширить функциональную возможность 15 ного давления, элемент сравнения пневматического управляющего устройст- В устройство входит также блок на ° коррекции контура регулирования темПоставленная цель достигается за пературы, включающий переменный дроссчет того, что устройство содержит вы сель 20, элемент 21 сравнения, повтоходные сумматоры контура регулирова- Щ() ритель 22, выходной сумматор 23 конния температуры и контура регулиро- тура регулирования температуры, усилитель 24 мощности, исполнительный нания уроння и блоки коррекции контумеханизм 25 на магистрали пара, датров регулирования уровня и температучик 26 уроння, преобразователь 27, ры, каждый из которых состоит из элевто ичный прибор 28 с задатчиком уронмента сравнения и последовательно со- д5 ня 28, регулятор уровня — пропорциоединенных повторителя, постоянного нально-интегральный регулятор с передросселя и переменного дросселя, применной структурой контура уровня, сосчем выход интегрального блока регулятоящий аналогичнс предыдущему регулятора уровня через повторитель и посто из элементов 29 -43, блок корректоянный дроссель соединен с минусо- ЗО тору ции контура регулирования уровня, сосной камерой элемента сравнения и через повторитель и переменный дроссель с плюсовой камерой элемента сравне- элемента сраннени элемента с аннения 45, повторителя 46, ния блока коррекции контура регули- выхо ной с мматор 47, усилитель 48 мощрования уровня и с выходом регулято- 3 ности, исполнительный механизм на мара уровня, выход элемента сравнения. гистрали кубового продукта 49; рекданного блока соединен с первой плю- тификационная колонна 50, кипятильсовой камерой выходного сумматора, ник 51. контура регулирования температуры, ми- В каждом блоке коррекции установнусовая и вторая плюсовая камеры кото- лены постоянные дроссели 52 и 53. рого соединены с каналом опорного дав-40 Как известно, параметры (темпераления и выходом регулятора температу- тура и уровень) процесса ректификары, выход интегрального блока регуля- ции внутренне связаны между собой. тора температуры через повторитель и Кубовой продукт выдается регулятором постоянный дроссель соединен с минусо- уровня. Уровень жидкости в кубе колонной камерой и через повторитель и пе- 45 ны связан с другим Регулируемым ременный дроссель — с плюсовой каме- . параметром — температурой кубовой жидрой элемента сравнения блока коррек- кости. В зависимости от физических . ции контура регулирования температу- свойств разделяемой смеси, конструкры и с выходом регулятора температу- ции куба, его тепловой нагрузки и ры, выход элемента сравнения данного 5О т.д. степень связи регулируемых паблока соединен с первой плюсовой ка- раметров может изменяться в широких мерой выходного сумматора контура пределах. регулирования уровня, минусовая и вто- При реактификации легкокипящих рая плюсовая камеры которого соедине- смесей с близкими точками кипения ны с каналом опорного давления и вы- связь между уровнем и температурой ходоМ .регулятора уровня, а выходы

55 бывает. настолько сильной по перекрествыходных сумматоров контуров регули- ным каналам, что оказывается наиборования температуры и уровня соедине- лее эффективной схема взаимного регуны соответственно с исполнительными лирования. механизмами, установленными на ма- 3а основные возмущения процесса гистралях выдачи кубового продукта Щ можно принять изменение состава и кои пара. личества жидкости, поступающей из коНа чертеже приведена принципиаль- лонны в куб. Эти возмущающие возная схема предложенного устройства. действия воздействуют однонременно на

Устройство содержит датчик 1 тем- оба регулируеьые параметра. Возмуща(ературы, преобразователь 2, вторич- 65 ющими воздействиями янляются также

752243 где

КипРи 5,>0 1и„"Ри 51>0 и1 при S к0 Тк при 5 40, )1Рл, (5 ф з

ыхп

20

2

Кэ при 52 >О Ти при 52>0, 22 при 52 0 (и22при 52< 0, 30

d 1Рх,1 рвь,х zg 92=ÉÄïÒ4

E.„Ê2, ïðè 5 >О

sbiK.45 кор.вых.g g х2 Ку= у К„при 52с 0 35,Ки при 51>0

:р

Бых.2l кор.аых.т т х, т

Е К(, при 5,(0, 40 управляющие воздействия по каналу температуры и уровня; сигналы рассогласо- 45

Pxl = P .

Рэт > РХ2 Рп компенсирующев воздействие блока коррекции контура регулирования уровня для контура ре-. гулирования температуры; компенсирующее воздействие блока коррекции контура регулирования температуры для контура регулирования 60 уровня; коэффициент усилений блока коррекции контура регулирования уровня;

65 где P P

Вых T выл.q х, х2

Р, кор вых.) а кор.вых т взаимное влияние регулируемых пара,метров (уровень и температура) .

Исходя из этого, устройство так выполнено, чтобы учитывалась взаимосвязь между температурой и уровнем ректификационной колонны. 5

Принцип действия следующий.

На входы устройства подаются сигналы, пропорциональные заданному Р „,, текущему р„, значениями уровня и пропорциональные заданному T z« текущему Р„,, значениями температуры ректификационной колонны, а также опорное давление Р„ . Устройство отрабатывает следующий алгоритм управления

Р =Р К Рх +1/T (P dtiP ьых.24 Ьых.т i "« l!1> "i кор,вых.g

15 ь.. „"i(>„;>ÄI „— ((„,- „let

1 к1

К„при 5, 0

К1Kl2ÏÐÈ 5, ««.O и и P ll 1, > О ц и „при 5,-. 0 ти

Параметры регулятора К„, К, = о, Гц,2 выбираются в завйсимости от состояния системы регулирования. Теперь изложим работу пропорционально-интегрального регулятора по элементным цепочкам.

Выходной сигнал элемента 8 сравнения

Sblx. Р, -Р„,. Г„, проходя через проточные камеры реле

9, переменные дроссели 10 и 11, поступает в минусовую камеру элемента 12 сравнения, на выходе которого отрабатывается регулирующее воздействие вида где К, получает один из двух значений К, К в зависимости от уровня сигнала, формируемого при помощи блока формирования функции переключения а а„,-Р„

Рвь! Х.I1 5 ">Тз t Po

dt коэффициент усиления блока коррекции контура регулирования температуры;

К1, К2 — коэффициенты усиления устройства по каналу уровня и температуры;

T„,Т„ — постоянные времени а и2 инте грировани я по каналу уровня и температуры;

51,52 — функции переключения по каналу уровня и температуры;

Т Т4 — постоянные времени блоков формирования функции переключения.

Устройство работает следующим образом.

Начнем с температурного контура.

Сигнал от датчика 1, преобразуясь в пневматический сигнал с помощью преобразователя 2, поступает. к входу пропорционально-интегрального регулятора с переменной структурой температуры (4 -19) . Этот регулятор работает следующим образом. На входы регулятора подаются сигналы, пропорциональные заданному Р „, текущему Р„,, значениям температуры куба ректификационной колонны, а также опорное давление Po . Регулятор отрабатывает следу;ющий алгоритм управления

752243

При этом с помощью элементов 8 и 13 сравнения и клапана 14 вычисляется модуль ошибки

7 = Р -Р 1 Р

ВЫХ.|4 nr т o

Интегральный блок, состоящий из элементов 4 — 7, реализует следующий алгоритм

Вых т „(» 3т1

И1 выходы интегрального, пропорциональ- 1О ного блоков и опорного давления подаются в элемент 19 сравнения, на выходе которого получается сигнал . =К (Р..-Р,. — (P»-Р„ Ц

Далее этот сигнал поступает к плюсовой камере сумматора 23, к минусовой камере которого поступает сигнал опорного давления Р и к другой 20 плюсовой камере — сигнал компенсирующего воздействия блока коррекции контура регулирования уровня Р„

= Рв„,„ . На выходе сумматора отрабатывается регулирующее воздействие 25

9,„ .К, Р„,-Р | — (|Ф -Р ) || „р ьи„ .

И1

Этот сигнал управления, проходя че рез усилитель мощности 24, поступает в исполнительный механизм 25, установленный на магистрали пара, и регулирует температуру куба ректификационной колонны изменением количества пара.

Таким образом, согласно изложенному, для регулирования первого взаимосвязанного параметра температуры 1 куба .ректификационной колонны дейст- 40 вует регулятор температуры ПИ РПС и блок коррекции контура регулирования.

Компенсирующее воздействие блока коррекции контура регулирования уровня Р„, вь,„.Ч Формируется при помощи 45 элемента 45 сравнения, которому одновременно подается сигнал от выхода регулятора уровня ПИ РПС Рвь„,49 и

HH TerPaJ1bHOrO 6JIOKa PBbi и PSbl X 3i (29, 30, 31, 32%), и ймеет вид

Р =Р =f (P -р )+

Вых.45 IiÎp.вых Q Ц ВЫх 4Э BbIY 3II о

Е„К (Р „-Р )+Р, алгоритм управления, реализуежиЯ| с помощью блока коррекции контура регулирования уровня, позволяет учитыватФ нелинейное изменение связи между температурой и уровнем куба ректификационной колонны, вследствие чего улучшается качество регулирования параметра температуры.

Компенсирующее воздействие блока: коррекции контура регулирования температуры Р„ „ формируется при

L помбщи элемента 21 сравнения, к которому одновременно подается сигнал 65 от выхода регулятора гемпературы

ПИ РПС Рвых и интегрального блоха

РВ |х „= Р,„,, (4, 5, 6, 7), и имеет вид

Р =Р = (Р Р

Вь!х.2| I op Вых.т т | Вых.19 Вых ь J o

-,(,(„,- „) — )(-Р ). -,— )(P -P М)

° p =я,К,(Р„-Р, ) Р, Хотя работа контура регулирования уровня аналогична температурному контуру, но для ясности опишем прохождение сигналов по элементным цепочкам.

Сигнал от датчика уровня 26, преобразуясь в пневматический сигнал с помощью преобразователя 27, поступает к входу регулятора уровня ПИ РПС, состоящего из элементов 29-43.

Регулятор отрабатывает следующий алгоритм управления вых.4з хг |зз 1"„j(p„> Р 1Ыс

"у зу гк

Выходной сигнал элемента 33 сравнения

P -Р -Р +Р

ВЬ! х.33 Р пУ 3У проходя через проточные камеры реле

39, переменные дроссели 40 и 41, поступает к минусовой камере элемента

43 сравнения, на выходе которого отрабатывается регулирующее воздействие вида

Вь(х 42 2 (° ||у зу1 р

Далее этот сигнал подается к плюсовой камере элемента 43 сравнения К,скачкообразно меняется и в зависимости от уровня сигнала блока формирования функции переключения

d I Р„у-Р у!

ВЫХ.З8 2 сЫ при этом, с помощью элементов 33 и 34I сравнения и клапана 45, вычисляется модуль ошибки

8ык.95 | пУ ЗУ | Р, Интегральный блок, состоящий из элементов 29-32, реализует следующий алгоритм управления

St x.gi | | п

И2

Выходы интегрального, пропорционального блоков и опорного давления подаются в элемент 43 сравнения, на выходе которого получается сигнал

Р

SbIII45 2 ||Ц 9 1 и Р )| т иу зу

Далее сигнал Р „поступает и .сумматор 47, к которому йоступает также вэ опорное давление Р и компенсирующее эздействие блока коррекции контура

О тЕМПЕРатУРЫ Р„вь,,т = Рв„,,,, спе-

75."243 формула изобретения

30 дон ател ьно, на выходе сум оратора 47 имеем

Вю,41 2 п ъу) ти l "ц з и

P ор. вы л . т. 9

Этот сигнал, проходя через усилитель мощности, поступает в исполнительный механизм 49, который у тановлен на магистрали кубового продукта из ректификационной колонны, тем самым регу- о лируется уровень куба ректификационной колонны.

Алгоритм управления, реализуемый с помощью блока коррекции контура температуры, позволяет учитывать нели- 5 нейное измененйЬ связи между уровнем и температурой куба ректификационной колонны, вследствие чего улучшается качество регулирования второго взаимосвязанного параметра-уровня.

Таким образом, устройство позволя- о ет учитывать изменение динамических характеристик объекта и перекрестных связей между температурой и уровнем ректификационной колонны, в результате чего улучшается качественные пока- 25 затели процесса управления.

Пневматическое управляющее устройство для регулирования температуры и уровня куба ректификационной колонны, содержащее регуляторы температуры и уровня, каждый из которых 35 состоит из пропорционального и интегрального блоков, подключенных к выходному сумматору, и последовательно соединенных блоков формирования ошибки и предварения, выход которого связан 4g с пропорциональным и интегральным блоками, датчики температуры и уровня, подключенные к входным каналам соответствующих регуляторов, и исполнительные механизмы, установленные на ма- 45 гистрали выдачи кубового продукта и магистрали пара, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик устройства, оно содержит выходные сумматоры . контура регулирования температуры и контура регулирования уровня i:..поки коррекции контуров регулирования уровня и температуры, каждый из которых состоит из элемента сравнения и последовательно соединенных повторителя, постоянного дросселя и переменного дросселя, причем выход интегрального блока регулятора уровня через повторитель и постоянный дроссель соединен с минусовой камерой элемента сравнения и через повторитель и переменный дроссель. С плюсовой камерой элемента сравнения блока коррекции контура регулирования уровня и с выходом регулятора уровня, выход элемента сравнения данного блока соединен с первой плюсовой камерой выходного сумматора контура регулирования темпуратуры, минусовая и вторая плюсовая камеры которого соединены с каналом опорного давления и выходом регулятора температуры, выход интегрального блока регулятора температуры через повторитель и постоянный дроссель соединен с минусовой камерой и через: повторитель и переменный дроссель с плюсовой камерой элемента сравнения блока коррекции контура регулирования температуры и с выходом регулятора температуры, выход элемента сравнения данного блока соединен с первой плюсовой камерой .выходного сумматора контура регулирования уровня, минусовая и вторая плюсовая камеры которого соединены с каналом опорного давления и выходом регулятора уровня, а выходы выходных сумматоров контуров регулирования температуры и уровня соединены соответственно с исполнительными механизмами установленными на магистралях выдачи кубового продукта и пара.

Источники информации, . принятые во внимание при э кс пе ртизе

1. Анисимов И. B. Автоматическое регулирование процесса ректификапчи

Гостоптехиэдат, 1961, с. 115,рис. 458

2. Анисимов И.В. Автоматическое регулирование процесса ректификации.

Гостоптехиздат, 1961 с. 134, рис.47

,прототип).

752243

Составитель F.Õîõëoâ

ТехРеД N. Петко КоРРектоР С. ЛекмаР

Редактор И.Нанкина

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4740/4 Тираж 956 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5