Многоканальная система управления процессом приготовления смесей

О П И С А Н И Е (щ 495647ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических Реслублик(23) Приоритет -Опубликовано 15.12,75 т. свнд.в 21) 1953298/18-2 заявки-осударственный номитеСовета Министров СССРоо делам нэобретеннйи открытии Бюллетень46 53) УДК 621.3(088,8 я описания 20.10,76 а опублико, Кутний и Ю. В. Каллиников 1) Заявитель Научно-исследовательский и проектный институтплексной автоматизации в нефтяной и химической промышленност по 1) МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛ ЕН И ПРОЦЕССОМ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСЕЙ2 Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано при автоматизации различных процессов смешения с применением дозировочных агрегатов 1 насосов) в производствах химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, фармацевтической, микробиологической, энергетической и других отраслей промышленности, где требуется точное дозирование и приготовление жидких смесей высокого качества. Известна многоканальная система управления процессом приготовления смесей, содержащая и сопряженных по нагрузке дозировочных агрегатов, каждый из которых соединен с соответствующим приводом постоянной скорости через регулирующий орган, подключенный через исполнительный механизм и блок управления к выходу минимизирующего блока, выполненного из реверсивного и вычитающего счетчиков, выходы которых связаны с логическим устройством, включенным на выходе блока, из цифрового нуль-органа и удвоителя частоты, входы которого соединены с цифровым нуль-органом, выходом вычитаю- щего счетчика и логическим устройством, а выход - с вычитающим счетчиком, первый вход цифрового нуль-органа подключен к датчику скорости привода, первый выход - к логическому устройству, а в п-м канале с минимальной скоростью изменения управляемого параметра выходы цифрового нуль-органа связаны со счетными входамн реверсивного счетчика, блок сопряжения, цифровой задатчик 5 частоты, через блок соотношения соединенныйс цифровыми нуль-органами, и блок выбора режима, входы которого подключены к выходу цифрового задатчика скорости и выходу цифрового нуль-органа, а выходы - ко входам логических устройств.В известной системе предусмотрена компенсация рассогласованнй между интегральными значениями динамических ошибок (ИЗДО), накопленных за время переходного 15 процесса в разных каналах управления, путемсинхронизации работы разных по мощности и динамическим свойствам дозировочных агрегатов 1 насосов) с помощью оптимального выбора величин отработок для каждого канала щ управления, Время отработки минимизируется путем запуска исполнительных механизмов с максимально-возможными для них скоростями в сторону компенсации величины отработки и реверса исполнительных механизмов 5 в моменты списания половины соответствующей нескомпенсированной величины. В дальнейшем будем называть оптимальные интегральные значения динамической ошибки ОИЗДО.,ч 0 Однако известная система имеет ряд недо 495647статков. В структуре известной системы цс используется информация о динамических свойствах дозировочцых агрегатов (насосов), которые, как правило, становятся извсстцымц цд стадии исследования объектов управления, При изменении задания в системе все исполнительные механизмы одновременно здпускдются и компсцсдцця ряссоглдсоваццй цо управляемому параметру и разных кацалах управления из-за разных скоростей цзмсцсцги управляемого параметра цроцсходнг ц разнос время. Причем разница во времени компенсации может быть очень большая, Так как для начала отработок рассогласовацпй в соотношениях между ИЗДО в разных каналах управления необходимо знать величину ОИЗДО, которая определяется вел ичицоц ИЗДО в гг-м канале уппявленця с минимальной скоростью изменения управляемого параметра, то все исполнительные механизмы останавливаются и ожидают момсцта компенсации рассогласования по п-му параметру, Только после этого определяются величины отработок для каждого канала управления и исполнительные мехацизмьг запускаются в сторону компенсации этих величин. В результате этого время переходного процесса и нарушения соотношения менсду смешиваемымц компонентами увеличиваются, что ухудшает качество приготавливаемого продукта. Кроме того, в известной системе для отработки больших рассогласованпй в соотношениях между ИЗДО в разных кацапах управлсция необходимы большой величины псререгулировация, что ограничивает диапазон работы устройства, т. к, в областях, близких к граничным положениям регулирующего органа, возможны режимы с работой ца упор (цасыщецие), что нарушает оптимальность протекания процесса компенсации величины отработки.Целью изобретения является улучшение качества управления,Улучшение качества приготовляемой смеси достигается благодаря тому, что предлагаемая система содержит блок задержек, выполненный из последовательно соединенных устройства задания коэффициентов, многоканального умножителя и многоканального преобразователя код - временной интервал, и в каждом канале, кроме гг-го, соединенные последовательно переключающее устройство и устройство подавления совпадающих импульсов, выходы которого связаны со счетными входами реверсивного счетчика, первые входы переключающего устройства соединены с выходами цифрового нуль-органа, вторые входы через блок сопряжения - с выходами цифрового нуль-органа п-го канала, а управляющие входы - с выходом логического устройства, запускающий вход многоканального умножителя блока задержек подключен к выходу блока выбора режима, другие в.соды - к выходам цифровых нчль-органов всех каналов, я выходы. многоканального преобразователя код в временн интервал соединены со вхо 5 О 15 20 25 30 33 Я 45 50 55 60 65 дами всех логических устройств, кроме ц-го канала, цифровой нуль-орган в котором связан со входамц всех логических устройств.Ня чертеже изображена функциональная схема системы, в состав которой входят; дозцровочцыс агрегаты 1 ц 2 (соответственно для 1-го ц гг-го каналов уцрявлсниг); г 1)цводгг 3 и 4 постоянной скорости, регулирукнцие оргяцы 5 ц 6, цсполцитсльцыс механизмы 7 ц 8, датчики скорости 9 и 10, блоки управления 11 и 12, Аналогичное оборудование применяется для всех каналов (13 - для гг-го канала). Система содержит также общие блоки: цифровой задатчик частоты 14, блок соотношения 15, состоящий из блока коэффициентов 16 и многоканального умножителя 17, а также блок 18 выбора режима и блок сопряжения 19, который содержит устройство коэффициентов О ц многоканальный умножитель 21, Кроме того, в каждый канал управления входят минимизирующие блоки 22, 23 и 24, содсрисащие цифровые нуль-органы 25 и 26, ревсрсцвные счетчики 27 и 28, вычитающие счетчики 29 и 30, удвоители частоты 31 и 32, логические устройства 33 и 34.Кроме того, система включает в сеоя блок задержек 35, содержащий устройство 36 задания коэффициентов, многоканальный умно- житель 3 и многоканальный преобразователь код - временной интервал 38, а во все минимизирующие блоки, кроме п-го (24), введены переключающие устройства 39 ц устрой ствя 40 подавления совпадающих импульсов.Принцип действия системы состоит в слс. дующем.При изменении общего для системы зада. цця вначале с максимально возможной скоростью запускается исполнительный механизм изменения числа оборотов агрегата (и линейно связанной с ними производительности) в л-м канале управления с наименьшей ско. ростью изменения управляемого параметра, Все остальные исполнительные механизмы системы запускаются с временными задержками, определяемыми как произведение величины изменения задания на постоянные коэффициенты, равные полуразности величин, обратных скоростям изменения управляемых параметров и-го ц соответствующего каналов уп. равления, по зависимости1/ 1 11 ра г - 1 Рагде В, = " - постоянный коэффи 2 гда; 1 дациент для г-го канала; т, - временная задержка запуска г-го исполнительного механизма; асс; - скорость изменения г-го управляемого параметра; 1 дсс- скорость изменения гг-го управляемого параметра; Л; - изменение задания в г-м канале управления,В моменты компснсации рассогласований по управляемым параметрам исполнительные механизмы останавливаются и в момент компенсации рассогласования в гг-м канале управ 49564710 15 20 30 40 45 50 55 60 65 ления они запускаются в сторону компенсации оставшейся величины разности междуИЗДО соответствующего и а-го канала управления, измененного с учетом введенного коэффициента маштабирования величины отработки.Исполнительные механизмы реверсируютсяпосле компенсации половины соответствующей величины отработки и останавливаютсяв моменты компенсации рассогласований поуправляемым параметрам, если при этом нескомпенсированная величина отработки непревышает зоны нечувствительности соответствующего канала управления,Работа системы заключается в следующем.В блоке задержек 35 определяются моменты формирования сигналов управления, запускающих исполнительные механизмы в различных каналах управления, на основе информации о величине приращения заданияЛ; - ;Л, получаемой с выходов цифровыхнуль-органов 25 и 2 о, и постоянной информации, выбираемой из устройства 36 заданиякоэффициентов.По запускающему сигналу с выхода блока18 выбора режима в многоканальном умножителе 37 производится умножение поступающих на его вход сигналов, и входной сигналв виде кода У, = В, Л; поступает на входзмногоканального преобразователя 38, где онпреобразуется во временной интервал т; .Сигнал задержки по окончании интервала времени т; поступает на вход логического устройства в 1-том канале управления, который осуществляет задержанный запуск соответствующего исполнительного механизма,Блоки соотношения 15 и сопряжения 19расширяют функциональные возможности системы, позволяя использовать приводы с различной скоростью вращения, что чаще всегобывает необходимо на практике. Эти блокипозволяют масштабировать задающий сигнал,устанавливая требуемое регламентом соотношение между смешиваемыми компонентами,а также согласовывать сигналы рассогласования в разных каналах управления.Блок соотношения 15 строится на основемногоканального умножителя 17, на входыкоторого поступает сигналот цифрового задатчика частоты 14 в частотно-импульсном коде, и постоянные коэффициенты масштабирования К, - . К, от блока коэффициентов 16 впараллельном коде. В многоканальном умножителе 17 производится умножение з на соответствующий коэффициент и с его выходовпоступает на соответствующие входы цифровых нуль-органов 25 и 26 всех каналов управления в частотно-импульсном коде в качествезадающих сигналов , - ;/,Блок сопряжения 19 предназначен для согласования величин рассогласования в различных каналах управления при интегрированииразницы между ними. Это осуществляетсяпутем умножения в многоканальном умножителе 21 сигнала рассогласования в л-м канале 6управления Л/ поступающего с выхода цифрового нуль-органа 26 в частотно-импульсном коде на коэффициенты, обратные коэффициентам масштабирования/К, - ; 1/К, поступающим с устройства коэффициентов 20 в виде параллельного кода, С выхода многоканального умножнтеля 21 сигналы в виде частотно-импульсного кода поступают на входы перекл 1 очающих устройств 39 во всех минимизирующих блоках, кроме г-го.Переключающие устройства предназначены для переключения в зависимости от режима работы входных сигналов с цифровых нуль-органов соответствующего н г-го каналов, согласованных в блоке сопряжения 19.Управление работой переключающих устройств 39 осуществляется сигналами с соответствующих логических устройств 33. В устройствах 40 подавления совпадающих импульсов, подключенных на выходе переключающих устройств 39, осуществляется подавление импульсов, пришедших на входы реверсивного счетчика 27 одновременно или разделенных интервалом, мень 1 пим необходимого для нормального переключения триггерной ячейки в счетчике. Этп устройства необходимы, так как в режиме изменения задания на разные входы реверсивного счетчика сигналов от разных источников и при одновременном приходе импульсов на счетные входы в нем могут происходить сбои.Для системы характерны три режима работы.1. При установившихся значениях управляемых параметров изменяется задание в системе, т. е. Р 1 - Тд = сопз 1, /э = аг. 2. При постоянном задании под воздействием общего для системы возмущения (изменение давления, частоты, напряжения, сети) управляемые параметры изменяются в одну сторону, т. е.3 - соп 1,- , / = а Г,з 1 СпЛ) = з 1 опЛ. = = з 1 дпЛ/3. При постоянном задании один или несколько управляемых параметров под воздействием различных возмущений изменяются в независимых направлениях т. е.Ь = сопМ, з 1 пдЛф з 1 дпЛ;+ .В первом режиме сигнал задания в системе 1 з, поступающий с цифрового задатчика частоты 14 в виде частотно-импульсного кода, масштабируется в блокесоотношения 15 н в виде сигналов задания , в ;в частотно- импульсном коде поступает на входы цифровых нуль-органов 25 и 26, где они непрерывно сравниваются с текущими значениями управляемых параметров , - ;/, поступающих на другие входы цифровых нуль-органов 25 и 26, с датчиков скорости 9 и 10 в частотно-импульсном коде, Сравнение этих сигналов производится непрерывно и сигнал рассогласования на выходе цифровых нуль-органов 25 и 26появляется в виде частоты сравниваемых сигналов Л - , Л,При изменении сигнала задания в блоке 18 выбора режима вырабатывается сигнал знака приращения задания и по каналу МдпЛз поступает на логические устройства 33 и 34 и на многоканальный умножптель 37. По этому сигналу в логическом устройстве 34 п-го канала управления с наименьшей скоростью изменения управляемого параметра вырабатывается сигнал, запускающий через блок управления 12 исполнительный механизм 8, который начинает с максимально возможной скоростью перемещать регулирующий орган 6, в результате чего начинает изменяться скорость вращения привода, а вместе с ней и производительность дозировочного оборудования в сторону компенсации возникшего рассогласования по управляемому параметру М.Исполнительные механизмы в остальных каналах управления запускаются с задержками т - , т, , определяемыми в блоке задержек 35. По сигналу запуска с блока 18 выбора режима в многоканальном умножителе 37 производится умножение величин приз , зращения задания Л- , Л, , получаемых с выходов цифровых нуль-органов 25, на соответствующие постоянные коэффициенты В, - ;В, , заданее вычисленные и внесенные в устройство 36 задания коэффициентов. 1(оды Ф, - :Ж,в многоканальном прсобразоватсле 38 преобразуются в соответствующие временные интервалы т - . т, , по окончании которых формируются сигналы, запускающие через логические устройства 33 исполнительные механизмы в соответствующих каналах управления в сторону компенсации рассогласования по управляемым параметрам.В моменгы компенсации рассогласований по управляемым параметрам в соответствующих цифровых нуль-органах 25 и 26 вырабатываются сигналы, которые по каналам Л = О - ;Л= О через логические устройства 33 останавливают соответствующие исполнительные механизмы.Переходный процесс в системе теоретически должен закончиться в момент компенсации рассогласования по управляемому параметру Л= О в канале с наименьшей скоростью его изменения, К этому моменту приведенные интегральные значения динамических ошибок всех каналов управления должны быть равны по величине. Однако из-за пелинейностей в элементах системы, инерционности и люфтов в исполнительных механизмах и регулирующих органах, а также неточностей вычислений приведенные ИЗДО в разных каналах управления могут незначительно отличаться друг от друга.Определение разности между приведенными ИЗДО п-го и соответствующего каналов управления путем суммирования производится в реверсивных счетчиках 27 разницы между рассогласованиями по управляющему параметру соответствующего канала и и-го капала, приведенного к соответствующему каналу с помогцью олока сопряжения 19.При работе в 1-и режиме, например, в 1-мканале управления по сигналу з 1 дпЛ 1 изменения задания с логического устройства 33 переключающим устройством 39 осугцествляетсяподкзпочение сш палов 1 К Лс блока сопряжения 19 и Л/, с цифрового нуль-органа 25па разные входы реверсивного счетчика в зависимости от знаков рассогласований. Устройство 40 подавления совпадающих импульсовподавляет при этом одновременно пришедшиеимпульсы,Прп работе во 2-м и 3-м режимах по сигналу управления з 1 р;пЛ 1; с логического устройства 33 переключающее устройство 39 подключает только сигналы +11; на тот илииной вход соответствующего реверсивногосчетчика в зависимости от знака рассогласования, При этом реверсивный счетчик работаетлибо в режиме суммирования, либо в режимевычитания,В момент теоретического окончания переходного процесса по сигналу Л = О, поступающему нз цифрового нуль-органа 26 на логические устройства 33 и 34, оп 1 ишиваютсяреверсивные счетчики 27 и 28, и находящиесяв них разности между приведенными ИЗДОи-го и соответствующих каналов Х 27 в виде30параллельного кода переписываются в вычитающие счетчики 29.Если эта величина превышает зону нечувствительности в каком-либо, например в 1-м,канале управления, то сигналом по каналуМдп (ЛЖ) поступающим от реверсивного35счетчика на логическое устройство соответствующего капала управления, разрешаетсяпроцесс компенсации образовавшейся разности между приведенными ИЗДО. Сигналомуправления у производившим опрос ревер 40сивного с гет ика 27, с некоторой задержкойоткрывается удвоитель частоты 31, на вход которого начинают поступать импульсы текущего рассогласования независимо от знака (Л,).В удвоителс частоты 31 производится уд 45 воение частоты и сигнал 2(Л,) в частотноимпульсном коде поступает на счетный входвычитающего счетчика 29, В зависимости отзнака Л,7 по сигналам з 1 пдУз 7 от триггеразнака в реверсивном счетчике 2 открывается50 в вычитающем счетчике 29 такой вход, чтобывходные импульсы 2 (Л списывали находящееся в нем число, В момент списывания извычитающего счетчика 29 записанного в негочисла Тзз удвоенным текущим рассогласова 55 нием, что равноценно списанию половины величины разности между приведенными ИЗДОп-го и соответствующего канала, на его выходе появляется сигнал 1 п Л 2, который черезлогическое устройство 33 реверсирует испол 60 нительный механизм 7. Одновременно этимже сигналом закрывается удвоитель частоты 31 и сбрасывается число в вычитающемсчетчике 29.Во 2-м режиме работы системы, когда при05 неизменном задании 1 з= сопз 1 от общей при20 25 30 35 40 45 55 60 чины начинают изменяться текущие значения управляемого параметра 1 - , = чаг, причем в одну сторону, т. е; с одинаковыми знаками рассогласованияз 1 ДПЛ 1 = з 1 япЛ 2 = = 31 япМдопределение режима производится в блоке 18 выбора режима по сигналам з 1 дпЛ 1 - ;з 1 дпЛ, поступающим из цифровых нуль-органов всех каналов управления. Если знаки рассогласований всех каналов одинаковы, то в блоке 18 выбора режима вырабатывается сигнал работы по 2-му режиму, поступающий на логические блоки всех каналов. Этим сигналом все каналы подготовлены к работе. После достижения величины ИЗДО в каждом канале соответствующей зоны нечувствительности (ЛМ, ) , нарушения по соотношению смеси будут небольшими. По сигналам з 1 дп(ЛМ 1), - з 1 дп(ЛЛ) , через соответствующие логические устройства 33 и 34 запускаются исполнительные механизмы 7 и 8 в сторону компенсации накопившейся ИЗДО, а затем останавливаются в моменты компенсации рассогласований. Ошибки между приведенными ИЗДО будут оцениваться разностью площадей треугольников, образовавшихся между прямыми текущих параметров и осями 1 и 1. Эти площади мало отличаются друг от друга, и разности между ними, а следовательно, и между приведенными ИЗДО, будут меньше зон нечувствительности в каналах управления.3-й режим работы системы возникает, когда возмущения в разных каналах управления происходят от независимых причин при неизменном задании. Этот режим определяется в блоке 18 выбора режима по сигналам з 1 дпЛ, - ;з 1 дпЛ, от цифровых нуль-органов 25 и 26, которые подготавливают к работе минимизирующие блоки 22, 23 и 24, По сигналам у 2 с логических устройств 33 и 34 устройства переключения 39 пропускают в зависимости от знака на тот или иной вход реверсивных счетчиков 27 и 28 импульсы теку. щих рассогласований Л 1 - ;Л, где они суммируются. После превышения в каком-либо, например в 1-м, канале зоны нечувствительности по сигналу з 1 дп (ЛЛ,),через логическое устройство 33 запускается исполнительный механизм 7 в сторону компенсации возникающего рассогласования. В момент компенсации рассогласования с цифрового нуль- органа 25 на логическое устройство 33 поступает сигнал Л 1 = О, которым последовательно переписывается код накопившегося ИЗДО Ит из реверсивного счетчика 27 в вычитающий счетчик 29, затем открывается удвоитель частоты 31, и на счетный вход вычитающего счетчика 29 начинают поступать импульсы удвоенной частоты текущего рассогласования, списывая занесенное в него число, После списания половины накопленного ИЗДО, сигналом 1 пч Л,. через логическое устройство 33 реверсируется исполнительный. механизм,. После списания величины ИЗДО на выходе реверсивного счетчика 2 появляется сигнал 1 п У 7, соответствующий теоретическому окончанию переходного процесса, Из-за нелинейностей этот момент может не соответствовать моменту компенсации текущего рассогласования по управляемому параметру, поэтому в моменты Л/, = О каждый раз оценивается величина нескомпенсированной ИЗДО в ре. версивном счетчике 27 и если эта величина превышает зону нечувствительности, то процесс списания ее повторяется, Исполнительный механизм останавливается, если между двумя сигналами Л)1 = О не появляется сигнала з 1 дп(ЛЛ 1) . превышения зоны нечувствительности, Переходный процесс на этом заканчивается. Формула и,зобретения Многоканальная система управления процессом приготовления смесей, содержащая и сопряженных по нагрузке дозировочных агрегатов, каждый из которых соединен с соответствующим приводом постоянной скорости через регулирующий орган, подключенный через исполнительный механизм и блокуправления к выходу минимизирующего блока, выполненного из реверсивного и вычитающего счетчиков, выходы которых связаны с логическим устройством, включенным на выходе блока, из цифрового нуль-органа и удвоителя частоты, входы которого соединены с цифровым нуль-органом, выходом вычитающего счетчика и логическим устройством, а выход - с вычитающим счетчиком, первый вход цифрового нуль-органа подключен к датчику скорости привода, первый выход - к логическому устройству, а в и-м канале с минимальной скоростью изменения управляемого параметра выходы цифрового нуль-органа связаны со счетными входами реверсивного счетчика, блок сопряжения, цифровой задатчик частоты, через блок соотношения соединенный с цифровыми нуль-органами, и блок выбора режима, входы которого подключены к выходу цифрового задатчика скорости и выходу цифрового нуль-органа, а выходы - ко входам логических устройств, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества управления, система содержит блок задержек, выполненный из последовательно соединенных устройства задания коэффициентов, многоканального умножителя и многоканального преобразователя код в временн интервал, и в каждом канале, кроме п-го, соединенные последовательно переключающее устроиство и устройство подавления совпадающих импуль,сов, выходы которого связаны со счетными входами реверсивного счетчикапервые входы переключающего устройства соединены с выходами цифрового нуль-органа, вторые входы через блок сопряжения - с выходами цифрового нуль-органа и-го канала, а управляющие входы - с выходом логического устройства, запускающий вход многоканальногоумножителя блока задержек подкл 1 очеи к выходу блока выбора режима, другие входы - к выходам цифровых нуль-органов всех кана. лов, а выходы многоканального преобразователя код - временной интервал соединены со входами всех логических устройств, кроме и-го канала, цифровой нуль-орган в котором связан со входамн всех логических устройств.Составитель В. ВасильевТехред М, Семенов Тираж 869 ПодписиСовета Министров СССРоткрытийскан наб., д. 4/5 МОТ, Загорский филиа Изд, М 1126Государственного комитетапо делам изобретений113035, Москва, Ж, Рауш Корректор М, Лейзерман