Пневматический дискретный регулято оптимального режима

осудврственныи комитетСовета Министров СССРпа делам изобретенийи открытий 3) УДК 621-525(088 а опубликов ия описания 13,11.7 Авторыизобретен остогрыз, Ю, П, Русинковский и Г, М. Рыж) Заявител нститут газа АН Украинской ССР 3 П 1 БФий вас"т) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ДИСКРЕТНЫЙ РЕГУЛЯТ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМАНастоящее изобретение относится к области управления технологическими процессами в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности и предназначено для оптимального автоматического управления процессами с использованием объективно существующих внутренних связей процесса.Известные пневматические оптимальные регуляторы обеспечивают поиск экстремума или с недоходом справа или слева к нему. Основные недостатки их выражаются в наличии непрерывных колебаний у экстремума, зона которых для ряда процессов превышает допустимую величину.Предложенный пневматический дискретный регулятор оптимального режима, содержащий блок интегрирования, подключенный к выходному каналу, блок ограничения и блок генератора-импульсатора, в отличие от известных содержит устройство регулирования соотношения с дроссельной приставкой, повторителем, сумматором и операционным усилителем, повторители с положительным и отрицательным сдвигом, два противофазно включенные элементы сравнения, одни из управляющих камер которых через повторители с положительным и отрицательным сдвигом соединены с выходом операционного усилителя устройства регулирования соотношения,а другие управляющие камеры - с выходом, противофазным выходу операционного усилителя, сумматора устройства регулирования соотношения, пневмореле, включенное по схе ме ИЛИ и соединенное с выходами противофазно включенных элементов сравнения, один из которых подключен к выходу блока ограничения, и ячейку непрерывной памяти, управляющая камера которой соединена с 10 выходом пневмореле, а камера запоминанияи выход соединены соответственно с выходом блока генератора-импульсатора и входом блока интегрирования. Кроме того, камеры задания уровня сигнала выхода сумматора и 15 операционного усилителя устройства регулирования соотношения соединены через повторитель с камерой дистанционного задания коэффициента соотношения дроссельной приставки. Благодаря такой конструкции повы шается надежность и улучшаются динамические характеристики устройства.Принципиальная схема регулятора представлена на чертеже. Обозначения сигналов, поступающих на входы и выходы регулятора: 25 РР,г - параметры соотношения (вход);Р, - задание коэффициента соотношения; Рк 3 Р - заданное и текущее значение коэффициента соотношения; Р, - командный сигнал отключения регулятора; Р; - управляю щий сигнал (выход регулятора); Рои, Роевпараметр нижнего ограничения и его задание; Ровг Ровв - параметр верхнего ограничения и его задание; Рз - сигнал третьего ограничения.Пневматический дискретный регулятор оптимального режима предназначен для автоматического поддержания заданного оптимального режима процесса. Оптимальныи режим задается коэффициентом соотношения двух целевых противоречивых параметров процесса Р и Р, величина которого устанавливается по принятому локальному или внешнему критерию оптимальности.Регулятор реализуется на пневматических элементах УСЭППА и состоит из блока 1 соотношения и управления выходом регулятора, блока ограничения 11, блока генератора-импульсатора 111 и блока интегрирования 1 Ч.Блок 1 обеспечивает получение непрерывного сигнала рассогласования между тскущим и заданным коэффициентом соотношения и формирование двух дискретных сигналов управления выходом регулятора Р, и состоит из пропорциональной и дискретной частей.Пропорциональная часть его выполнена на двух дроссельных сумматорах 1, 2, задатчике 3, регулируемом дросселе 4, повторителе со сдвигом 5, постоянных дросселях и двух элементах сравнения 6, 7 с дроссельным сумматором 8, Элементы соединены по схеме регулятора соотношения, в которой отсутствуют интегральная часть, усилитель мощности и отключающее реле, а на вход элемента 1 дроссельной приставки и в камеры задания уровня сигнала выхода элементов сравнения 6 и 7 через повторитель 8 подается уменьшенный на Р сигнал задания коэффициента соотношения Р, Это позволяет выполнять контроль заданного (Рнв=Р, - Р) и текущего (Р) значений коэффициента соотношения и градуировку шкалы измерителя, Элементы 1, 2, 3 и 4 схемы выполняют функции дроссельной приставки соотношения, элемент 7 - сумматора, 7 и 8 - операционного усилителя,Величина коэффициента соотношения К= Р 1 К= - задается изменением проводимоРув К 1сти регулируемых сопротивлений: в 2 один раз для настройки К вручную при градуировке измерителя К, и Кз с дополнительной подстройкой 4, а в 1 для настройки К - дистанционно изменением Р. Коэффициент соотношения может настраиваться в пределах 0,1 - 10. Соответствие требуемого коэффициента соотношения целевых параметров (показателей) К= ) задаваемому (Кз) давлениемР)Рпроверяется равенством (Р 1=РУ) давлений выхода с элементов 1 и 2 или равенством (Рнв=Ркт) давлений выхода с повторителя 5 и элемента сравнения 6, так как в элементе сравнения 6 Р 1 и Руг уравновешивают друг друга, а уровень Рвв пропорционален разной, но постоянной для фиксирован 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4ных положений регулируемых сопротивлений величине КВыходы сумматора (элемента сравнения 6) Р и операционного усилителя противофазны, изменяются при изменении текущего коэффициента соотношения (К,) около уровня сигнала Рвпропорционального Кз, и используются для выработки управляющих сигналов шаговым приращением выхода регулятора Р,. Коэффициент усиления в операционном усилителе выбирается таким, чтобы незначительные отклонения К, от Кз вызывали между Р 1 и Р рассогласования, превышающие зону нечувствительности элементов регулятора. Это позволяет повысить точность регулирования соотношения, а устойчивость процесса регулирования при этом сохраняется, так как значительно усиленный сигнал рассогласования отрабатывается шаговыми добавками, оптимальная величина и частота воздействия которых определяется для каждого объекта. Настройка САР значительно упрощается, так как для этого необходимо определение только зоны нечувствительности и времени переходного процесса по регулирующему каналу.Дискретная часть блока 1 выполнена на двух повторителях 9, 10 с положительным и отрицательным сдвигом, двух элементах сравнения 11, 12, пневмореле 13 и ячейке непрерывной памяти 14; управляющие камеры элементов сравнения 11, 12 через повторители 9, 10 соответственно соединены с выходом операционного усилителя (7, 8), а другие управляющие камеры - с выходом сумматора (элемента сравнения) 6; выходы элементов сравнения 11, 12 через реле 13, включенное по схеме ИЛИ, соединены с управляющей камерой ячейки непрерывной памяти 14, камера запоминания которой соединена с выходом блока П 1, а выход - с управляющими камерами ячеек непрерывной памяти 15, 16 блока интегрирования 1 Ъ. Кроме того, вход элемента сравнения 11 соединен с блоком ограничения 11.Блок 1 на выходе имеет два дискретных сигнала: Р - ооеспечивает выбор направления шаговой добавки к выходу регулятора Р (+ или - ); Ро - выполняет реализацию или задержку ее, если изменение регулируемой величины (коэффициента соотношения) не превышает заданной зоны стабилизации (2 у). Зона стабилизации 2 у, в пределах которой выход регулятора не изменяется, настраивается повторителями со сдвигом в 9 - у, в 10 +у от условного нулевого уровня сигнала, задаваемого Р,. Ширина задания зоны стабилизации в первую очередь зависит от общей нечувствительности элементов измерителя и регулятора, а также от требований ведения процесса.Блок ограничения 11 обеспечивает реверс сигнала Р если другие параметры при следовании регулируемой величины к заданным условиям процесса достигают значений выше или ниже допустимых. Он состоит из элементов сравнения 17, 18, пцевмореле 19, 20 и задатчиков 21, 22 с постоянными дросселями: элемент сравнения 18 совместно с пневмореле 19, 20 работает на верхнее и третье ограничение, а элемент сравнения 17 - на нижнее. Величина ограничения задается соответствующими задатчиками 22, 21.Генератор-импульсатор 111 создает равномерно чередующиеся импульсы давления (0,1;0 - атмосферное, 1 - давление питания. равное 1,4 ат) и состоит из элементов сравненич 23, 24 емкостей, регулируемых дросселей и отключающего пневмореле 25, которое управляется давлением Р поступающим от вторичного прибора при установке его в промежуточное положение (Ручное - Автомат) . Продолжительность импульса Р,=О и Р=1 настраивается соответственно дросселями этого блока.Блок интегрирования 1 Ч по командам блока соотношения и управления формирует и выдает на исполнительный механизм выходной сигнал регулятора Р, и состоит из повторителей со сдвигом, включенных с +ЛР, - 26 и - ЛР, - 27, ячеек памяти 15, 16, повторителя 28, обеспечивающего подключение по команде Р, выхода повторителя (27 или 26) ко входу ячейки памяти 16, постоянных дросселей, выключающего реле 29 и усилителя мощности 30 со следящим устройством 3). Обе ячейки памяти 15, 16 управляются сигналом Рп. ячейка 16 обеспечивает задержку на такт, а ячейка 15 формирует сигнал выхода регулятора Р,-ЛР, Надеукцую передач выхода по трассе обеспечивают элементы 31.30, а отключение регулятора - элемент 29 по команде РЗаданные установившиеся условия протекания процесса могут нарушаться изменениями входных переменных. Эти изменения через внутренние связи постоянно передаются на выход, вызывая отклонение двух выходных противоречивых параметров процесса. Измеряемые противоположные отклонения их используются регулятором для формирования управляющего сигнала, который принудительно изменяется на величину шага + ЛР., и вызывает изменение входного основного параметра (параметров), имеющего ббльшую степень влияния на ход процесса, чем входные нерегулируемые переменные. При этом компенсируются отклонения режима процесса, что уменьшает разбаланс между текущим ц заданным соотношением противоречивых параметров Ру и Р,г, Пневматические сигналы, пропорциональные Ру и Р,г от измерительных приборов поступают на вход дроссельной приставки соотношения, на выходеГкоторой формируются давления: Руу = (Р, -- 0,2) К, Руг = (Руг - 0,2) Кг, где К, и Кг - заданы проводимостью переменных сопротивлений в 1 и 2, Оба давления воздействуют ца мембранные блоки сумматора 6 и операционного усилителя 7, выходные давления кото5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Если Р=О то под действием малого подпора (0,4 ат) пцевмореле 28 соединяет выход повторителя 27, равный Р - ЛР с камерой запоминания ячейки памяти 16. Если генератор-импульсатор подключен. а Рб=О, то сигнал Р, - ЛР,. пройдет в камеру запоминания и повторения ячейки памяти 16, повторится : а выходе и пройдет в камеру запоминания 6065 рых равны: Р 1=Ркз+ (Ру 1 - Руг ); Рг=Рнз+ + (Ру 1 - Руг) Кв, где Кю - настраивается регулируемым сопротивлением в 8. Давления Р Р. - у и Р, Р. +у непрерывно поступают соответственно в управляющие камеры элементов сравнения 11 и 12, формирующие исходцыс дискретные (0,1) сигналы направления выхода регулятора и выдачи шаговой добавки.Равновесие в пропорциональной части блока 1 наступает, когда между выходными параметрами процесса выдержано заданное давлением Р соотношение, так как при этом Ру, - Ру, Гледовательцо, при Кт=Кз- имеется равенство Р=Рг= Р - 0,2 К,кэ - ьтРавновесие нарушается при Кт ФКз. Если К,: Кг, то Ру )Р г, а Р Р и наоборот Ру (Руг, а Р(Р., если К,(Кг. В первом случае, когда Р)Рг, но Р,)Рг+у давление выхода элемента 11 Р=О, а элемента 12 -ГР, =1, так как опи включены в противофазе. Во втором случае. когда Рг)Рь но Р(Рг - у; с элемента 11 Р,=1, а с элемента 12 Р=О, Давление Рпоступает в блок ограничения 11 и совместно с Р, является входом пневмореле 13, выходное давление Р которого управляет выходом ячейки памяти 14 и повторяет равномерно чередующиеся импульсы генератора-импульсатора, т. е. Рг=Р,;=0 или 1. При уменьшении разбаланса Р - Р. или Рг - Р в момент, когда Р(Рг+, цо Р) Ръ выход элемента 12 сменит 1 на 0 или Рг - (Р но Рг)Р, выход элемента 11 сменит 1 на О. Как в первом, так и во втором случаях выход пневмореле 13 сменит 1 ца О, так как при этом Ра=Ра = =О. Поскольку Р=О командное давление Рь ячейки памяти 14 постоянно повторяет 0 или 1, запомненные в камере запоминания давлением большого подпора (0,8 ат), т. е. Ро=О или Рв=1.Если текущее значение параметра нижнего ограничения Роп Выше его задания Ронз, а текущее значение параметра верхнего ограничения Рниже его задания РОД 3 и параметр третьего ограничения отсутствует, то сигнал Р проходит в управляющую камеру пневмореле 28. Нарушение ограничений приводит к реверсу сигнала Р: с Ра= 1 на Ра=О при нарушении нижнего ограничения и с Р,=О на Р=1 при нарушении верхнего ограничеция или наличии третьего ограничения.432457 7ячейки памяти 15, но в камеру повторения не пройдет, так как вход в псе перекрыт большим подпорам. На выходе ячейки памяти 15 в это время повторяется запомненное за предыдущий шаг давление Р, которое через усилитель со следящим устройством и выключающее реле поступает на выход регулятора и одновременно на входы повторителей 26, 27. На выходе последних к нему прибавляются соответственно - ЬР и +КР. Выход регулятора изменяется при смене сигнала с Р 6=0 на Рд=1, Давление Р - КР запоминается в ячейке памяти 16 одновременно и поступает в камеру повторения ячейки памяти 15, выход которой уменьшается на - ЬР. Поскольку выход ячейки памяти 15 соединен со входами повторителей 26, 27, выходы которых изменяются соответственно на - ЬР и +АР, то в камеру запоминания ячейки памяти 16 придет давление Р, - ЬР,.+ЬР. Процесс повторяется при смене Р=1 на Р;=О. Принудительное уменьшение регулирующего параметра осуществляется до тех пор, пока Р - Р)у при Р,)Р т. е. пока Р=О, Р, =1, а Р=1. Когда Р - Р(у, но еще Р )Р сигнал Р, =1 станет Р, =О. Это приводит к смене Р= 1 на Р=О и сигнал Рг станет равным О или 1 и останется, как и выход регулятора, постоянным - процесс находится в зоне стабилизации,Регулятор аналогично работает, если Р)Р но выход его увеличивается па каждый шаг на +ЬР до тех пор, пока Р. - Р)у.Когда Р, - Р,(у, но еще Р,)Рсигнал Р=1 станет Р=О. Это приведет к смене знака Р=1 на Р=О - процесс также войдет в зону стабилизации.Таким образом, регулятор, принудительноизменяя щаговыми добавками значение входного основного параметра (параметров), ооеспечивает возвращение процесса в зону ста 8билизации, т. е. к заданным оптимальным условиям протекания процесса. Предмет изобретения5 1. Пневматический дискретный регулятороптимального режима, содержащий блок интегрирования, подключенный к выходномуканалу, блок ограничения и блок генератораимпульсатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,10 с целью повышения надежности и динамических характеристик устройства, он содержитустройство регулирования соотношения сдроссельной приставкой, повторителем, сумматором и операционным усилителем, повто 15 рители с положительным и отрицательнымсдвигом, два противофазно включенные элемента сравнения, одни из управляющих камер которых через повторители с положительным и отрицательным сдвигом соединены с20 выходом операционного усилителя устройстварегулирования соотношения, а другие управляющие камеры - с выходом, противофазным выходу операционного усилителя, сумматора устройства регулирования соотноше 2 Б ния, пневмореле, включенное по схеме ИЛИи соединенное с выходами противофазновключенных элементов сравнения, один из которых подключен к выходу блока ограничения, и ячейку непрерывной памяти, управляюЗ 0 щая камера которой соединена с выходомпневмореле, а камера запоминания и выходсоединены соответственно с выходом блокагенератора-импульсатора и входом блока интегрирования.з 2. Регулятор оптимального режима по п. 1,отличающийся тем, что камеры заданияуровня сигнала выхода сумматора и операционного усилителя устройства регулирования соотношения соединены через повтори 40 тель с камерой дистанционного задания коэффициента соотношения дроссельной приставки,432457 Составитель О, Поваго Техред Л. Акимова Корректор Т. Хворова Редактор Н, Белявская Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 2925/7 Изд. Ма 1735 Тираж 760 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5