Система автоматического управления потенциально опасным объектом

Система автоматического управления потенциально опасным объектом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 130281 (21) 3292922/18-24 (5$) М. Кл.з с присоединением заявки ¹â€” (23) ПриоритетС 05 В 11/01

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий Опубликовано 301082. Бюллетень ¹ 40 (53) УДК 62.50 (088.8) Дата опубликования описания 30.10.82

В.И. Еремеев и A.Е. Рябцев (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫМ ОБЪЕКТОМ

Изобретение относится к автоматическому управлению и защите потенциально опасных объектов и может быть использовано в химической и горнохимической промышленностях, например, при обжиге датолитовой руды.

Известна система автоматического поиска, содержащая модулятор, приемник, датчики, усилитель-преобразо-. ватель, блок управляющих токов и управляемый по частоте генератор прямоугольных колебаний. Поиск в такой системе ведется путем последовательного перебора всех возможных значений регулируемого параметра до момента попадания в определенную область (11.

Недостатком данной системы является большая длительность поиска, обусловленная случайностью выборки или длительноотью перебора всех возможных значений регулируемого параметра.

Известна также система автоматической защиты потенциально опасного процесса, содержащая измерители сигналов рассогласования, входы которых соединены с измерительными преобразователями и блоками задающих устройств, а выходы измерителей сигналов рассогласования подключены к входам узла. управляющих воздействий, выходы которого соединены с исполнительными механизмами. Сигналы от измерительных преобразователей поступают на измерители сигналов рассогласования. Одновременно с этим на измерители сигналов рассогласования поступают допустимые значения параметров процесса от задающих устройств. Если ка, кой-нибудь параметр оказывается больше (или меньше) своего допустимого значения, то с соответствующего измерителя сигнала рассогласования поступает сигнал в узел управляющих

15 воздействий, сигналы с которого подают к объекту управления через соответствующие исполнительные механизмы (2).

Недостаток указанной системы состоит в невозможности управления объектом в соответствии с выбранной функцией цели, поскольку в системе отсутствует вычислитель функции цели, рассчитывающий значение функции

25 цели по значениям регулируемого и внешних параметров.

Наиболее близкой к предлагаеиой является система автоматического управления, содержащая последователь30 !но соединенные первый измеритель.

970314 5

10 5

35

65 блок 20 подстройки и блок 21 защиты. рассогласования, формирователь сигнала управления, выход которого соединен с входом объекта управления,. выход которого соединен с первым входом первого измерителя рассогласования и через датчик регулируемой величины — с входами вычислителя функции цели и вычислителей минималь ного и максимального значений функции цели, причем выходы источника опорного сигнала соединены с соответствующими входами ключа, выход которого через интегратор соединен с вторым входом первого измерителя рассогласования, первый и второй управляющие входы ключа соединены сост ветственно через второй и третий измерители рассогласования с выходами вычислителей,допустимых максимального и минимального значений функций цели, выход вычислителя функции цели соединен с вторыми входами второго и третьего измерителей рассогласования f 3).

При вводе функции цели от регулйруемой величины в определенную об-. ласть регулируемая величина может оказаться больше (или меньше) аварийного значения, так как в системе отсутствует контроль отклонения регулируемой величины от заданного по-. рогового значения и коррекция скорости изменения сигнала задания регулятору в зависимости от значения этого отклонения. Кроме того, система характеризуется низкой точностью, так как иэ-за инерционности основного контура управления возможно удержание функции цели только в широкой области и невозможна стабилизация значений функции цели.

Целью изобретения является повышение точности и надежности системы за счет предотвращения выхоца регулируемой величины за аварийное зна; чение и ограничения скорости изменения и значений сигнала задания регулятору..

Поставленная цель достигается тем, что система автоматического управления потенциально опасным объектом, содержащая последовательно соединенные первый измеритель рассогласования, формирователь сигнала управления, объект управления, выход которого соединен с первым входом первого измерителя рассогласования и через датчик регулируемой величины — с входом вычислителя функции цели, выход которого соединен с пер" вым входом второго измерителя рассогласования, третий измеритель рассогласования и первый ключ, дополнительно содержит четвертый, пятый и шестой измерители рассогласования, блок запоминания заданного значения функции цели, блок запоминания поро40

60 гового значения, .первый и второй усилители, первый и второй сумматоры, второй ключ, причем второй вход второго измерителя рассогласования соединен с выходом блока запоминания заданного значения функции цели,а выход через первый усилитель — с первым входом первого сумматора,второй вход которого подключен к выходу датчика регулируемой величины, а также к первому входу третьего измерителя рассогласования, второй вход которого соединен с выходом блока запоминания порогового значения, с первым входом четвертого измерителя рассогласования и с первым входом первого ключа, а выход через второй усилитель — с входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, с вторым входом первого и первым входом пятого измерителя рассогласования; а выход — с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и вторым входом лятсго измерителя рассогласования, а управляющий вход с выходом шестого измерителя рассогласования, первый вход которого соединен с выходом второго усилителя, второй вход — с выходом пятого изме- рителя рассогласования, выход второго ключа соединен с вторыми входами первого ключа и четвертого иэмерителя рассогласования, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы, на фиг. 2 — пример графиков сигналов регулируемой величины

Х, задания регулятору Хэ и скорости изменения сигнала задания Чх во времени для системы без ограничения скорости изменения сигнала задания; на фиг. 3 — пример графиков сигналов Х,Х, 1/х во времени для предлагаемой системы; на фиг. 4 — пример графиков ограничения скорости изменения сигнала задания Ч и расчет9 ной скорости изменения сигнала задания Чр в зависимости от величины отклонения сигнала регулируемой величины Х от порогового значения Хп для предлагаемой системы.

Система включает первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый

5 и шестой 6 измерители рассогласования, формирователь 7 сигнала управления, объект 8 управления, датчик 9 регулируемой величины, вычислитель 10 функции цели, блок 11 запоминания заданного значения функции цели, блок 12 запоминания порогового значения, первый 13 и второй

14 усилители, первый 15 и второй 18 сумматоры, первый 17 и второй 18 ключи, основной контур 19 управления

970314

1На чертежах также даны сигнал рассогласования P., регулируемая величина X сигнал задания регулятору Х, функция цели Е,внешние возмущения,6, внешние параметры r,...,j, заданное значение функции цели Ц„ сигнал рассогласования функции . ели ЬЕ сигнал коррекции дХ, расчетная величина сигнала задания регулятору без ограничения по скорости изменения

_#_p, расчетная величина сигнала за1 дания регулятору с ограничением по скорости изменения Хр, расчетная величина сигнала задания регулятору Хр, расчетная без ограничения скорость изменения сигнала задания регулятору Чр, расчетная величина ограничения скорости изменения сигнала задания регулятору V®, пороговое значение регулируемой величины

Хп, аварийное значение регулируемой величины Х<, скорость изменения сиг; нала задания М .

Алгоритм работы предлагаемой системы описывается следующими соот-. ношениями:

x - ч(р) х.;

Хр ° при Хп - Хр > 0; Х, zlpH Хп Хр <0; Х „, при Ч» " Чр70;

P gXp, при Vy- Чр 0;

Vp- Хр„- Х,;

ХР Г ХЪ+ ЧЧГ!

Х = X+bX;

ax- — .ае;

К Е Еу- Е;

Е Е(Х,r,...,q), где M(p) .- передаточная функция основного контура 19; .

К вЂ” коэффициент пропорциоД нальности;

K — коэффициент передачи по каналу Х - Е;

"о+ Кл Х + «+ ..+ Кп фУнкция цели от регулируемой величины X u внешних параметров r,...,q.

Система работает следующим образом.

В основном контуре 19 управления формирователь 7 сигнала управления вырабатывает управляющий сигнал.на объект 8 таким образом, чтобы рассогласование E = Х - Х было минимальным, т.е. основной контур 19 управления отрабатывает изменение сигнала задания регулятору Хуи (или) изменение значений внешних возмущений Ф

d блоке 20 подстройки вычислитель функции цели по значениям регулируемой величины Х, поступающей с датчика 9, и по значениям внешних параметров r,...,q определяет значение функции цели Е . На выходе второго измерителя 2 рассогласования получают, сигнал рассогласования функции1цели дЕ, т.е. величину отклонения функции цели Е от заданного эна 0 чения Е . Для устранения сигнала

ЬЕ производят коррекцию сигнала задания. расчетную величину сигнала задания Хр< определяют как сумму сигналов регулируемой величины Х

35 и сигнала коррекции ЬХ. Величина

bХ определяет такое значение изменения сигнала Х, при котором изменение значения функции цели Е происходит на величину ДЕ. Для этого

;щ сигнал b.Е усиливают в усилителе 13. при этом коэффициент усиления.усилителя 13 равен H)K ..Точность отработки сигнала рассогласования b E в предлагаемой системе определяется

2$ только точностью отработки основным контуром 19 управления задания Х и точностью расчета в вычислителе 10 значений функции цели E и не зависит от инерционности объекта 8 yn3g равления.

Расчитанная величина сигнала задания Хр, поступает в блок 21 защиты, где происходит ограничение скорости изменения расчетной величины

35 сигнала задания. для этого на выходе пятого измерителя 5 рассогласования получают расчетную без ограничения скорость изменения сигнала задания регулятору Чр как Разность между . 49 рассчитанным в блоке 20 подстройки значением сигнала Xp„ и текущимй значением сигнала задания Х на входе в основной контур 19 управления. Расчетную скорость Ч сравнивают на шестом измерителе б рассогласования с расчетной величиной ограничения скорости V . Если расчетная скорость

V меньше расчетной величины ограр ничения скорости Ч», т.е. V>- Vp)IO

$О, (точки 4, t на фиг. 4 ), то положительный сиРнал с выхода шестого измерителя б .рассогласования поступает на управляющий вход второго ключа

18, при этом выход последнего подключают к первому входу второго ключа 18, и на первый вход первого ключа 17 поступает сигнал Хр, И наоборот, если Ч - Vp<0 (точки, сэ на . фиг. 4), то вйход второго ключа 18 подключают ко второму входу второго © ключа 18,и на первый вход первого ключа 17 поступает сигнал Хр,„. Сигнал Хр получают на втором сумматоре как сумму текущего значения сигнала задания Х на входе в основной кон4$,òóð 19 управления с расчетной величи970314 ной ограничения скорости Ч, . Таким образом, скорость изменения сиг-" нала Хр на выходе второго ключа 18 не превышает расчетную величину ограничения скорости Ч® . Сигнал V® получают на выходе второго усилителя 14 с коэффициентом усиления К„ на который подают сигнал с выхода третьего измерителя 3 рассогласования, где сравнивают сигналы с блока

12 запоминания порогового значения 10 регулируемой величины и с выхода датчика 9 регулируемой величины.

Расчетная величина ограничения скорости Ч пропорциональна вели;чине разности порогового значения регулируемой величины Х и значения регулируемой величины Х1 т.е..

Ч К4 (Х <- Х ), и чем ближе йаходится значение Х к своему порогоВому значению Хй тем меньше ста- 0 новится допустимая величина Чр (фиг. 4).

На первом ключе 17 происходит ограничение расчетной величины сигнала задания. Для этого на четвертоЬ измерителе 4 рассогласования сравнивают пороговое значение Хй с расчетной величиной Хр . Если ХпХр> О, то выход первого ключа 17 подключают к первому входу первого . ключа 17, и в основной контур 19 управления поступает сигнал Х (график Х на фиг. 3 йри t W tq ). И наборот-, npn Х Х < 0 saxon nepioro клю ча 17 псдключают к второму входу первого ключа 17, и в основной контур 19 управления поступает сигнал Х (график Х на фиг. 3 при t > t ) .

Ограничение расчетной величины сигнала задания Vp, которое происхоо дит на первом ключе 17, необходимо для того, чтобы регулируемая величина Х не превысила аварийное значение Х,„. B этом случае (при Х - Хп), хотя и не удается полностью устранить сигнал рассогласования функции цели 45

b,t, регулируемая величина Х не нарушает аварийного значения Мр . Однако выполнение блока 21 защиты без ограничения скорости изменения сигнала задания, которое происходит на 5Q втором ключе 18, не всегда обеспечивает предотвращение нарушения регулируемой величиной Х своего аварийного значения Х (фиг. 2). !

Это связано с тем, что в момент времени t = t„, когда значение сигнала Х станозится равным значению Х„, наблюдается резкий перепад скорости изменения сигнала задания

Vx (фиг. 2). При t t„, хотя сигнал .60 задания Ху равен пороговому значе нию )(и, из-за инерционности объекта 8 управления регулируемая величина Х продолжает возрастать и может превысить аварийное значение Х Be- 65 роятность нарушения сигналом Х аварийного значения Х тем больше, чем больше перепад скорости ЧХ в точке

Для предотвращения возможных нарушений сигналом Х .аварийного значения )(< в блоке 21 защиты предусмотрено ограничение скорости изменения расчетной величины сигнала задания, которое происходит на втором ключе 18.

В этом случае (фиг. 3) скорость сигнала задания тем меньше, чем ближе находится регулируемая величина )( от порогового значения Х>, н н момент достижения сигналом Х порогового значения Х перепад скорости сигнала задания Ух равен нулю.

Пример. Для технологического процесса обжига датолитовой руды регулируемой величиной Х является темПература обжига. Основным контуром 19 управления является контур регулирования температуры обжига nyr тем изменения подачи топлива в прокалочную печь. Функцией цели Е является степень перехода борного ангидрида из одной формы в другую.

Внешними параметрами r. ..q влияющими на функцию цели E, являются расход руды в печь и гранулометрический состав руды. Для температуры обжига существует аварийное значение Ха, превьпаение которого ведет к нарушению технологического режима (X = 960 С) поэтому на значение задания регулируемой величины Му наложено ограничение. Оно .не должно превышать порогового зна чения Х 1 (Хп= 950 С ).

"Ф

При изменении расхода руды в печь и (или) изменении гранулометрического состава руды происходит изменение функции цели. Для устранения отклонения функции цели от заданного значения в блоке подстройки происходит расчет нового задания регулятору температуры обжига, при котором функция цели принимает заданное значение.

Рассчитанная величина сигнала задания с блока 20 подстройки поступает в блок 21 защиты, где происходит ограничение скорости изменения сигнала .задания и значения сигнала задания, что обеспечивает предотвращение выхода температуры обжига за аварийное значение.

Применение предлагаемой системы повышает точность управления в 1,5

2 раза, позволяет предотвратить выход регулируемой величины за аварийное значение, что повышает производительность оборудования на 5 — 10% благодаря предотвращению аварийных ситуаций.

Формула изобретения

Система автоматического управления потенциально.опасным объектом, 970314

10 бОДержащая последовательно соединенные первый измеритель рассогласования, формирователь сигнала управления, объект управления, выход которого соединен с первым входом первого измерителя рассогласования и через датчик регулируемой величины - с входом вычислителя функции цели, выход которого соединен с первым входом второго измерителя рассогласования, третий измеритель рас- 1Î согласования и первый ключ, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и надежности, она дополнительно содержит четвертый, пятый и шестой. измерители рас- 15 согласования, блок запоминания заданного значения функции цели, блок запоминания порогового значения,,первый и второй усилители, первый и второй сумматоры, второй ключ, причем второй вход второго измерите4 ля рассогласования соединен с выходом блока запоминания заданного значения функции цели, а выход через первый усилитель - с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу датчика регулируемой величины, а также к первому входу третьего измерителя рассогласования, второй вход которого соединен с выходом блока запоминания порогового значения, с первым входом четвертого измерителя рассогласования и с первым входом первого ключа, а выход через второй усилитель — с входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, с вторим входом первого и первым входом пятого измерителей рассогласования, а выход — с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и вторым входом пятого измерителя рассогласования, а управляющий вход - с выходом шестого измерителя рассогласования., первый вход которого соединен с выходом второго усилителя, второй вход — с выходом пятого измерителя рассогласования, выход второго ключа соединен с вторыми входами первого ключа и четвертого измерителя рассогласования, выход которого под- ключен к управляющему входу первого клю а. источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 330429, кл. G 05 В 13/02, 1970.

2 ° Обновленский П.А. Система защиты потенциально опасных процессов химической технологии. Л., "Химия", 1978, с. 26.

3. Авторское свидетельство СССР

9 557349, кл. G. 05 В 11/01; 1975 (прототип).