Система автоматического регулирования выпарного аппарата

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 111) А 7 Д)4 В 01 5 П 27/О УДАРСТВЕНДЕЛАМ ИЗОБ Й КОМИТЕТ СССР РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ1й1 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЕЛЬСТВ К АВТОРСКОМ быть использовано в хи мацевтической, пищевой сти и позволяет увелич ической, фа промышленно ть произвоцировать пр рного аппар и интенс дительност цесс тепло та. САР со редачи вып ржит взаим связ др. Осции химия,егул орых АПРЕ СССР 1983. РЕГУре й с(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГЛИРОВАНИЯ ВЫПАРНОГО АППАРАТ(57) Изобретение относитсяме автоматического регулиро(САР) выпарного аппарата, м 2 уровня, один из коен к входу элемента 4 другой - к входу блока-реле лятор 3 концентрации,свяэанлементом узла временной за" включающего регулирующий 8 и емкость 7, элемент ЗАПРЕТ иненный с узлом временной зарегулятором 2 уровня и эле- ЗАПРЕТ 4. 2 ил.277982 2Узел временной задержки являетсяпреобразователем выходного си нала Р регулятора 3 во временной интер 3вал, который задает длительность операции упарки 9 в примере реализации системы, изображенном на фиг,1,1Изобретение относится к системамавтоматического регулирования выпарного аппарата, испо.;:.зуемым в области автоматизации технологическихпроцессов, и может быть примененов химической, фармацевтической,пищевой и других отраслях промышленности,Цель изобретения - увеличение производительности и интенсификацияпроцесса теплопередачи выпарногоаппарата.На фиг. 1 изображена принципиальная схема системы .регулирования; нафиг.2 - диаграммы работы элементовсистемы регулирования.Система содержит регуляторы 1 и2 уровня, регулятор 3 концентрации,элемент ЗАПРЕТ 49 блок-реле 5,элементы, образующие узел временнойзадержки:реле б, емкость 7 и дрос"сель 8, элемент ЗАПРЕТ 9. На фиг. 1 и2 изображены каналы (и сигналы вних) задатчиков верхнего и нижнегоУровней Р и Рдатчика уровнючнР, датчика концентрации и задатчика концентрации Р и Р , выходы(и сигналы в них) регуляторов уровня Р и Р , регулятора концентрации2 9Р , выходы (и сигналы в них) элемен 4тов ЗАПРЕТ Р и Ре 9 выход (и сигналв нем) узла временной задержки Рканалы (и сигнал в них) клапанов налина и слива Р., и Р , давления питания Р , давления смещения Ь 9 создаваемое пружиной элемента 9, временныеотметки с, 9 1на оси координатевремени 1. Регуляторы 1 и 2 формируют законы 10 РОр Рв О; при РЧпри Р при Р при Р В качестве регулятора 3 концентрации может быть применен регулятор с любым законом регулирования, для удобства рассмотрения будем считать, что он реализует пропорциональный закон вида 15 20 25 30 35 40 45 50 временную задержку создает апериодическое звено, состоящее из емкости7 и дросселя 8. Опо реализует закон Р - РТ 1 пз где- постоянная времени апериодического звена.Блок-реле 5 включено по схеме элемента памяти и функционирует по следующему закону: сигнал Р = О поступает на выход блок-реле 5 при любом значении сигнала Р , а сигнал Р1 может пройти на выход блок-реле 5 лишь при Р, = О, при комбинации сиГналов Р := 1 и Р = 1 на выходегблок-реле 5 сигнал может быть равен любой "1", либо О" в зависимости, от того, который из входных сигналов поступил раньше.Пусть в начальный момент времени сигнал на выходе блок-реле 5 равен "О", тогда реле 6 находится в исходном положении и емкость 7 через дроссель 8 соединена с выходом регулятора 3, давление Ре падает. Под действием сигнала Р :(Р -) элементД ь9 заблокирован и Р, = О, т,е. клапан слива закрыт, Уровень жидкости Р ( поддерживается регулятором 1 на верхнем заданном значении Р 6 путем периодического открывания клапана налива, компенсирующего падение уровня из-за упарки жидкости в аппарате. На выходе регулятора 2 сигнал Р = 1,В момент 1 = , давление в емкости 7 станет Р с (Р - ь ), при этом Р (Р + 6) и элемент 9 переключитг 6ся, на его выходе сигнал станет Рв = 1, при этом клапан слива откроется, а элемент 4 заблокируется и клапан налива перестанет открываться при Р с Р : Начался слив упавренного раствораР -К(Р -Р )+Р 3 ь к ко р 9 где К - коэффициент пропорциональнности;Р - нулевая составляющая закоона регулирования. В момент= С уровень в аппарагте станет Р с Р при этом на выховнде регулятора 2 сигнал изменится и станет Р, = О, в результате чего элемент 9 вернется в исходное положение, на его выходе сигнал станет Р = О и слив прекратится. Элемент4 деблокируется, а поскольку приэтом сигнал Р. = 1, элемент 4 переключится и сигнал на его выходе станет Р .= 1, клапан налива откроется,начинается налив слабого раствора,уровень в аппарате растет.На выходе блок-реле 5 сигнал станет равным в 1", вследствие чего реле 6 переключится и соединит емкостьс каналом питания, так что Р = Р. 1 ОКогда в дальнейшем растущий уровень превысит нижнее заданное значение, т.е. Р ) Рщ сигнал на выходе регулятора 2 изменится и станетР = 1. Никаких дальнейших изменений в схеме это не вызовет.В момент С = С уровень превыситзверхнее заданное значение, т.е,РР , при этом на выходе регулятора 1 сигнал изменится и станет 20Р, = О, элемент 4 переключится исигнал на его выходе станет Р = О,налив прекратится.На выходе блок-реле 5 сигнал станет равным "О", реле 6 вернется висходное положение, а емкость 7 через дроссель 8 окажется соединеннойс выходом регулятора 3, давление Раначнет уменьшаться. Началась операция упарки, при этом уровень жидкости колеблется около значения РР 6, находясь под действием регулятора 1.Время упарки определяется величиной сигнала Р 35Р - Р- о- ---- 4 3 8 (Р -ь)-РЬ зВ момент С = 1 давление Р станет равным Р(Р - ь), элемент 9 пе О реключится и начнется операция слива. цикл работы завершен.Если в дальнейшем, в т;5 (фиг,2) концентрация в аппарате, например, увеличится по сравнению с предыду-45 щим циклом, то давление Р уменьшится (на фиг,2 для наглядности уменьшение давления Р указано в ниде дискретного изменения), соответственно этому процесс уменьшения давления Р 6, во время упарки ускорится и время упарки уменьшится, т.е. Са = Т с -). Уменьшение Т прич 1 3 ч ведет к уменьшению количества упаренного растворителя и, соответственно, 55 к уменьшению концентрации сливаемого раствора на данном цикле по сравнению с предыдущим циклом.Ун= У л + УТ 1 т.е. Ъремя цикла можно использоватьдля управления объемом наливаемогораствора с целью компенсации изменения основного возмущения. Как указывалась, условие равновесия системы при воздействии нагрузки можновыразить У = сопзСо Сй НЛ НЛ У отсюда с учетом предыдущего равенства получим закон изменения времени цикла в зависимости от концентрации наливаемого раствора Т, Ф 1). у Если производительность Ы определить как величину понижения уровня в аппарате под влиянием упарки в единицу времени, то получим Т Р Р Ф 1) ы ЕКак следует из предыдущего рассмотрения функционирования системы, изменять можно только часть времени цикла - время упарки Т =Т - (Т+Т ),(2) где через Т и Т, обозначены времяповышения уровня от Р и до Р приаливе и понижения его от Р, доР при сливе соответственно; этичнвеличины при заданных Р - Р и Ячв чнможно считать постоянными величинами и для конкретного выпарного аппарата они могут быть определены экспериментально.Зная Тч, по известной характеристике узла временной задержки определим соответствующее значение выходного сигнала регулятора 3, необПри таком функционировании системы регулирования заданная разность уровней (Р - Р ) однозначно опрезь чнделяет объем У, сливаемого за время цикла Т раствора, так что У, = сопят. Это значит, что при стабилизированной производительности У аппарата по выпариваемому растворителю объем наливаемого за цикл раствора однозначно определяется временем цикла Т1277982 ходимое для компенсации основноговозмущения Р = Р +(.1 Р 3 о Л, Используя те же зависимости, что и в формулах (1), (2); (3), но разрешенные относительно других пере- менных 25Рацо " "(Р -7-Р 30+ 1 То Р 8 Рчн получим значение концентрации наливаемого раствора иэ диапазона возможных изменений ее, которое полностью компенсируется в пределах цикла и, следовательно, не сопровождается отклонением концентрации сли ваемого раствора от заданного значения. Компенсация эта осуществляется постоянным и поданным заранее сигналом, для формирования которого не нужно воздействие по отклонению 45 концентрации от задания..Если же фактическое значение концентрации будет отличаться отн О и, следовательно, появится прираще 6 Ч н= И- 0 , ) компенсация его сигналов Р не произойдет в течение времени Т это вызовет появление сигнала отклонения концентрации 6 Р = (Р - Р ) на вхопах реГуляторо 3, в Результате чеГО РЮГулятор 3 на своем выходе сформирует приращение сигнала аРз = К(Р - Р ), и следовательно, общий сигнал на выходе регулятора 3 станет 5Концентрация наливаемого раствора меняется в определенном диапаэо 1не от максимального Я до минимальн нпного Ц значений, соответственно этому диапазону сигнал на выходе регулятора 3 также должен изменяться1(в пределах от Р до Р , определенэных по формулам (1), (2) и (3) при заданных значениях Я и (нл нлУстановим нулевую составляющую 15 Р сиГнала на выходе регулятора 3 следующим образом(3. Йо Д Таким образом, регулятор 3 формирует по отклонению регулирующее воздействие, соответствующее толькочасти основного возмущения,определямой величиной Онл нлВ данной системе регулирования реализован способ комбинированного регулирования, когда в систему кромевоздействия по отклонению дополнительно вводится составляющая регулирующего воздействия, формируемаяпо функциональной зависимости регулирующего воздействия от основноговозмущения. Основным возмущением ввыпарных аппаратах является нагрузка, характеризуемая произведениемконцентрации и объема наливаемогораствора. Первая компонента произведения (независимая величина) изменяется мало, а вторая (управляемаявеличина) может устанавливаться произвольно, учитывая это обстоятельст -во, можно вводить в систему основноевозмущение упорядоченно во время,задавая наливаемый объем неизменным,тогда это возмущение будет малоизменяющей величиной, Соответственно этому регулирующее воздействие, предназначенное для компенсации основноговозмущения, должно быть тоже малоизменяющейся величиной; считая основноевозмущение неизменным в первом приближении, можно установить предназначенное для его компенсации регулирующеевоздействие тоже неизменным. Сформированное таким образом регулирующеевоздействие компенсирует лишь главную часть основного возмущения. Нопоскольку в выпарных аппаратахнепрерывного действия концентрацияналиваемого раствора меняется незначительно, компенсирующий эффект дажепри таком простом законе формирования регулирующего воздействия повозмущению" оказывается вполне удовлетворительным." нескомпенсированнойостается примерно 1/3 - 1/5 частьосновного возмущения, благодаря этому резко облегчается работа регулятора, формирующего регулирующее воздействиепо отклонению",Кроме того, реализация такого способа формирования воздействия "повозмущению" достигается без существенного усложнения конструкции системыстему воздействия по возмущению достигается лишь согласованной работой1клапанов налива и слива в зависимости от уровня раствора в аппарате инет необходимости в датчиках концен 0 трации и расхода наливаемого раствора (т.е. параметров основного возмущения) и в формирователе сигнала регулирующего воздействия в функцииот основного возмущения,Предложенная система пс контурурегулирования концентрации являетсялинейной несмотря на то, что клапаны налива и слива управляются релейными сигналами, здесь контур регулирования концентрации представляетсобой импульсную систему с времятимпульсной модуляцией, причем частота, задаваемая нулевой составляющейвыходного сигнала регулятора концентрации является несущей, а формируемый по отклонению концентрации отзадания сигнал низкой частоты является модулируемым сигналом. Это позволяет более качественно вести процесс регулирования по сравнению с известной системой, где концентрациярегулируется по двухпозиционному закону.Установлено, что средняя концентрация и, соответственно, средняятемпература упаренного раствора попредложенному способу оказалась ниже, чем по известному.Непосредственным следствием этогоявилось ослабление процесса кристаллизации на внутренних поверхностяхвыпарного аппарата и трубопроводов,повышение коэффициента теплопередачи стенок греющей камеры, повышение 40перепара температур на стенках греющей камеры, снижение разности температур слабого и упаренного растворов. В результате этого снизилось количество остановок аппарата на промывку, что эквивалентно росту производительности аппарата на 0,57, количество тепловой энергии на нагрев раствора до кипения снизилось до 10 Е, количество тепловой энергии, передаваемое греющей камерой раствору, снизилось на 207.Формула изобретенияСистема автоматического регулирования выпарного аппарата, содержащая два двухпозиционных регулятора уровня, регулятор концентрации и два элемента ЗАПРЕТ, причем первый вход первого и второй вход второго регуляторов уровня соединены с каналом датчика уровня, второй вход первого и первый вход второго регуляторов уров- ня соединены соответственно с каналами задатчиков верхнего и нижнего граничных значений, выходы первого и, второго регуляторов уровня соединены с переключающим входом первогои второго элементов ЗАПРЕТ соответственно, выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с каналом клапана налива, выход второго элемента ЗАПРЕТ соединен с блокирующим входом первого элемента ЗАПРЕТ и с каналом клапана слива, а первый и второй входы регулятора концентрации соединены с каналами датчика и эадатчика концентрации соответственно, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения производительности и интенсификации теплопередачи выпарного аппарата, она дополнительно содержит последовательно соединенные блок-реле и узел задержки сигнала, через которые выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с блокирующим входом второго элемента ЗАПРЕТ, выход регулятора концентрации соединен с установочным входом узла задержки сигнала, а выход второго регулятора уровня соединен с блокирующим входом блок-реле.1277982 УФ Составитель В.Шувалов Техред Л.Олейник Корректор Л,Патай ан дак ное дственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектна В.Прои Заказ 6782/4 Тираж 663 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Иосква, Ж, РПодпкомитета СССРи открытийушская наб