Регулятор
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистически к
Республик (ii) 945849 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 11.02.81 (2 l ) 3245437/18-24 с прнсоелннениен заявки РЙ (23) П рнорнтет
Опубликовано 23.07.82. Бюллетень Ю 27
Дата опубликования описання 23.07.82 (5 l ) M. Кл.
Ci 05 В 11, 01
QIcf AllIcTIEIIHblll комитет
СССР
IIo явлен нзобретенкй н открытий (5Ç) УДК62-50 (088.8) С. В. Емельянов, В. П. Авдеев, С. К. Коров
Л. П. Мышпяев, В. И. Соловьев, Я. Н. Попо
B. И. Носырев, E. А. Щелоков и В. A. Стак (72) Авторы изобретения
Сибирский ордена Трудового Красного Знаме металлургический институт им. Серго Оражон (71 ) 3ая вн тел ь (54) РЕГУЛЯТОР
Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем регулирования температурного режима теплообменных аппаратов кислород5 ных установок, в частности блока азотных регенераторов.
Блок азотных регенераторов содержит три регенератора. В каждый момент времени по одному из регенераторов проходит прямой (рабочий) поток газа (Я1, Q<
Q>) который охлаждается и нагревает насадку регенератора, по другому — обратный поток газа и по третьему - небалансирующий (петлевой) поток газа (Яп).
Как обратный, так и петлевой потоки газов охлаждают насадку регенераторов и подготавливают ее для охлаждения газа прямого потока. Через каждые три мину- 2о ты происходит переключение регенераторов, т.е. цикл переключения состоит иэ трех периодов: рабочего, обратного и пе
eeeorî. В конце рабочих периодов измо2 ряется температура (Т, T<, T> ) охлажденного газа на выходе из регенераторов.
Измеряется также давление (P) и расход газа прямого потока, расход газа петлевого потока.
Кроме того, регенераторы подвержены влиянию неконтролируемых возмущений, существенно изменяющих свои свойства
IIHKJIB переключения регенераторов.
Характеристика регенератора по каналу Q=T имеет нелинейный вид. В рабочем диапазоне изменения расхода и давления газа, проходящего через регенератор ма дель регенератора по канала Ь )- ЬТ, 59 — ЬТ и ЬР= дТ может быть приняи та в виде пропорционального звена. Инерционностью от цикла к циклу можно пренебречь.
Управляющими воздействиями являются расход газа прямого и петлевого потоков на каждый регенератор. Бель управления заключается в стабилизации тем» лературы; охлажденного т аза в конце ра3 &45é бочих периодов при условии максимально возможных расходах газа прямого потока.
Известны регуляторы, с помощью которых регулирование температурного режима теппообменных аппаратов ведется только изменением количества газа петлевого потока fl j, Недостаток этих регуляторов заключается в том, что они не обеспечивают высокой степени стабилизации температу- 1о ры охлажденного газа на выходе регенераторов при его максимально возможных расходах.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является регулятор, который содержит первый экстрапопятор и последовательно соединенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта и второй блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого блока задержки (2).
Белью изобретения является повышение точности стабилизации температуры газа при его максимально возможном расходе.
Поставленная цель достигается тем, что регулятор содержит первый задатчик, второй и третий блоки задержки, блок выбора наименьшей величины, последовательно соединенные первый переключатель, четвертый блок задержки, второй переключатель, третий блок сравнения, первый масштабируюший блок, четвертый блок сравнения, третий переключатель, четвертый переключатель, пятый блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, второй масштабируюший блок и вычитатель,после довательно соединенные второй задатчик, 40 шестой блок сравнения, третий фильтр низ. кой частоты и третий масштабирующий блок, последовательно соединенные вто.—. рой экстраполятор, четвертый масштабируюший блок и сумматор, выход которого
45 соединен с входом первого блока задержки, выход второго блока сравнения через последовательно соединенные вычитатель, первый экстраполятор, перЬый переключатель, второй блок задержки и блок выбора наименьшей величины соединены с вто- о рыми входами сумматора и третьего блока сравнения, второй выход четвертого переключателя соединен с входом первого блока срав1.ения, выход первого задатчика соединен с вторыми входами четверто-
ro и пятого блоков сравнения, наход третЬего маг11пабируюшего блока соединен с третьим в.1 гnh1 вычислителя, второй выход первого переключателя через третий блок задержки соединен с вторыми входами блока выбора наименьшей величины и второго переключатепя, выход четвертого . блока задержки соединен с третьим входом блока выбора наименьшей величины первый вход которого соединен с третьим входом второго переключателя выход третьего фильтра низкой частоты соединен с входом второго экстраполятора.
На чертеже представлена блок-схема регулятора температурного режима теплообменных аппаратов, например, блока азотных регенераторов.
На чертеже приняты обозначения: T,,(i)j
Т, (1), T> () — температура охлажденного газа на выходе соответственно первого, второго и третьего регенераторов;
Т вЂ” задание на температуру охлажденного газа; P (11 ) давление газа прямого потока; 7 - сигнал об окончании каждого периода; (,>и (1) — расход газа петлевого потока; Q<(i), Я (), ((1 ) - расход газа прямого потока соответственно для первого, второго и третьего регенераторов.
Регулятор температурного режима теплообменных аппаратов, например блока азотных регенераторов, содержит четвертый переключатель 1, первый блок 2 сравсравнения, первый фильтр 3 низкой частоты, обратную модель 4 объекта, второй блок 5 сравнения, вычислитель 6, первый блок 7 задержки, первый экстралолятор
8, первый переключатель 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 блоки задержки, блок 13 выбора наименьшей величины, сумматор 14, первый задатчик 15, пятый блок 16 сравнения, второй фильтр
17 низкой частоты, второй масштабируюший блок 18, второй задатчик 19, шестой блок 20 сравнения, третий фильтр 21 низкой частоты, третий масштабирующий блок 22, второй.экстраполятор 23, четвертый масштабируюший блок 24, второй переключатель 25, третий блок 26 сравнения, первый масштабирующий блок 27, четвертый блок 28 сравнения, третий переключатель 2 9.
Регулятор работает следующим образом.
После окончания каждого рабочего периода, например, в первом регенераторе с помощью четвертого переключателя 1 по сигналу 3 на один из входов первого блока 2 сравнения подается сигнал о температуре Т (i) охлажденного газа на вы1 ходе первого регенератора, а на один иэ входов пятого блока 16 сравнения пода»
5 9458 ется сигнал о расходе (, „(1) газа прямого потока в первом регенераторе. Аналогично, по сигналу «J на первый 2 и пя. тый 16 блоки сравнения подаются сигналы о температуре охлажденного газа прямого потока, на втором и третьем регенераторах.
Иэ сигнала Т (1 ) в первом блоке 2 сравнения вычитается сигнал Т> о заданной температуре охлажденного газа. Сиг- 1О нал о поЛученной разности через первый фильтр 3 низкой частоты, в котором выделяется полезная составляющая этого сигнала, поступает на обратную модель 4 объекта по каналу изменение расхода га- t5 за петлевого потока 69п — изменение температуры охлажденного газа 6Т без учета запаздывания. Обратная модель 4 объекта представлена в виде пропорционального звена. На выходе обратной мо- 2о дели 4 объекта получается сигнал о корректировке расхода газа петлевого потока на (1 -1)-ом периоде управления. Вычитая во втором блоке 5 сравнения сигнал об этой корректировке из сигнала, 25 поступающего с выхода первого блока 7 задержки, т.е, из сигнала о расходе Q„ (1-1) газа петлевого потока íà (i-1)-ом периоде управления, получаем сигнал об оценке идеального расхода газа пет- 5ц левого потока Другими слова ли получаем сигнал о расходе газа Яп (a -1 ), ко3 торый требовалось реализовать на прошедшем периоде управления, чтобы получить температуру охлажденного газа, равной 35 заданному значению.. Значение Q „(1-1) .получено для условий фактического давления P и расхода
Я газа прямого потока íà i -том так—
jcI те управления. Далее значения g (-1) пересчитывается на условия базового, в. частности, среднего давления и макси.», мально возможного расхода газа прямого потока. Для этого в пятом блоке 16 сравнения из сигнала о расходе Я„() прямого потока, например на первом регенераторе, вычитается сигнал о максимально возможном расходе, поступаюшийс первого задатчика 15. Сигнал с выхода
50 пятого блока 16 сравнения через второй фильтр 17 низкой частоты, в котором выделяется полезная составляющая этого сигнала поступает на второй масштабирующий блок 18, где умножается на пере55 счетный коэффициент. Тем самым приращения расхода газа прямого потока пересчитывается в эквивалентные по температурному эффекту приращения расхода
49 6 газа петлевого потока. В шестом блоке
20 сравнения из сигнала об измеренном павлении Р(1) газа вычитается сигнал о базовом давлении газа, поступающий с выхода второго эадатчика 1 9. Сигнал с выхода шестого блока 20 сравнения поступает через третий фильтр 21 низкой частоты, в котором выделяется полезная составляющая этого сигнала, на третий масштабируюший блок 22, где умножается на пересчетный коэффициент и, таким образом, пересчитывается в приращения расхода газа петлевого потока. В вычитателе 6 из сигнала )" (1-1) вычитаются
1о
П сигналы о приращениях расхода газа петлевого потока, поступающие с выхода второго 18 и третьего 22 масштабируюших блоков. На выходе вычитателя 6 получается сигнал об идеальном расходе га-. за петлевого потока; приведенном расчетным путем из условия максимального расхода и базового давления газа прямого потока. Этот сигнал отражает эффекты неконтролируемых возмущений, дейст вуюших на объект управления.
Сигнал с выхода вычитателя 6 поступает на первый экстрапопятор 8, выполненный, например, в виде форсирующего звена, где экстраполируется на три такта расчета (три периода). Экстраполированный сигнал через первый переключатель 9, который работает по сигналу3 поступает на второй блок 10 задержки, . если закончился рабочий период в первом регенераторе, на третий блок 1 1 задержки, если закончился рабочий период во втором регенераторе, и на четвертый блок 12 задержки, если закончился рабочий период в третьем регенераторе.
С выходов второго 10, третьего 11 и четвертого 12 блоков задержки сигналы поступают на блок 13 выбора наименьшей величины, реализованного, например, в виде диодной сборки. В блоке 13 выбо« ра наименьшей величины иэ трех сигналов выбирается сигнал с наименьшим значением, на основе которого и определяется требуемый расход газа петлевого потока в предстоящем (1+1)-ом периа е путем пересчета наименьшего сигнала на .условия ожидаемого давления газа прямо» го потока. С этой целью выходной сигнал третьего фильтра 21 низкой частоты поступает на второй экстраполятор 23, где он экстраполируется на один период и затем поступает на вход четвертого масштабируюшего блока 24, в котором уменьшается на пересчетный коэффициент.
Сигнал с выхода четвертого масштабчру945849 8 пения. На двух других регенераторах те . пература охлажденного газа регулируется изменением расхода газа прямого по-тока в этом же периоде управпения. В результате достигается стабилизация те а пературы газа при его максимально возможном расходе.
Результаты имитационного модепировапия систем управпения с известным и
30 предлагаемым регуляторами температурного режима теппообменных аппаратов пс к- казывают, что применение предлагаемого регулятора позволит уменьшить дисперсию отклонений фактической температуры
15 газа от заданной на 15% и увепичить производительность теппообменных аппаратов на 8%. Это даст экономический эффект порядка 120 тыс. рублей в год на один кислородный цех с производством
4 3
zo кислорода 650 мпн. м в год. юшего блока 24 идет на один иэ входов сумматора 14, где суммируется с сигна лом, поступаюшим с выхода блока 13 вь бора наименьшей величины. На выходе сумматора 14 получается сигнал о требуемом расходе газа петпевого потока н предстоящий период. Этот сигнал поступа ет на вход первого блока 7 задержки и является одним из выходных сигналов ре гулятора. . Таким образом, расход газа петпевого потока рассчитывается из условия ма симального расхода газа прямого потока на потенциально наиболее холодном pere нераторе, т.е. на том регенераторе, дпя которого расход газа петпевого потоканаименьший. Этот расход газа петлевого потока реализуется и для остапьных двух регенераторов. Температура же охлажденного газа на их выходе регулируется раоходом газа прямого потока.
Для этого сигналы с выходов второ— го 10, третьего 11 и четвертого 12 блоков задержки через второй переключатель
25, работающий по сигналу р поступаю-2S ший в порядке работы регенераторов на один из входов третьего блока 26 сравнения, На другой вход третьего бпока 26 сравнения подается сигнал с выхода бпо» ка 1 3 выбора наименьшей величины, кото- щ рый и вычитается из сигнала о приведенном идеапьном расходе газа петлевого потока. Сигнал о полученной разности поступает на первый масштабируюший блок
27, в котором умножается на коэффициент, в результате чего пересчитывается в эквивалентный по тепловому эффекту сигнал о приращении расхода газа прямого потока. Полученный на выходе первого масштабируюшего блока 27 сигнал вы-g0 читается в четвертом блоке 28 сравнения из сигнала о максимально возможном расходе газа петлевого потока, поступа-, юшего с выхода первого задатчика 1 5.
Выходной сигнал четвертого блока 28 сравнения поступает на вход третьего переключателя 29, выходные сигналы которого подаются на входы четвертого переключателя 1 и являются выходными си1налами предлагаемого регулятора о требуемых расходах газа прямого потока.
При работе регулятора температурного режима тепнообменных аппаратов на одном, потенциально бопее хоподном регенераторе, устанавпивается максимапьно возможный расход газа прямого потока, SS а температура охлажденного газа регулируется иэм,teннем расхода газа петлевого потока щч дыдушего периода управФормула изобретения
Регулятор, содержаший первый экст располятор и последоватепьно соединенньн первый бпок сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта и второй блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого блока задержки, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с цепью повышения точности регулятора, он содержит первый задатчик, второй и третий блоки задержки, блок выбора наименьшей величины, последовательно соединенные первый переключатель, четвертый блок задержки, второй переккпючатель, третий блок сравнения первый масштабируюший блок, четвертый блок сравнения, третий переключатель, четвертый переключатель, пятый блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, второй масштабируюший флок и вычитатепь йоследоватепьно соединенные второй задатчик, шестой бпок сравнения, третий фильтр нцэкой частоты и третий масштабируюший блок, последовательно соединенные второй экстрапопятор, четвертый масштабируюший блок и сумматор, выход которого соединен с входом первого бпока задержки, выход второго блока сравнения через последовательно соединенные вычитатель, первый экстрапопятор, первый перекпючатепь, второй блок задержки и бпок выбора наименьшей вепичины соединены с вторыми входами сумматора и третьего блока сравнения, второй выход четвертого переключателя соединен с входом первого бпока сравнения, выход первого за9 945849 10 датчика соединен с вторыми входами чет- выход третьего фильтра низкой частоты вертого и пятого бпоков сравнения, выход соединен с входом второго экстрапопят зтретьего масштабируюшего блока соеди- ра. нен с третьим входом вычитатепя, второй выход первого перекпючатепя через тре- Источники информации, тий блок задержки соединен с вторыми входами блока выбора наименьшей вепичи- 1, Бродянский В. М. и др. Производны и второго перекпючатепя, выход чет- ство кислорода. М., Метаппургия,, вертого блока задержки соединен с тре- 1970„с. 366-367. тьим входом блока выбора наименьшей tO 2. Авторское свидетельс тво СССР величины, первый вход которого соединен N699490,,кл. G 05 В. /
В. 11/01 1978 с третьим sxoAoM второго перекпючатепя, (прототип).