Пневматическое управляющее устройство для регулирования температуры и уровня куба ректификационной колонны

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 11752243(22) Заявлено 240778 (21) 2648478/18-24с присоединением заявки Мо(51) М, Кл,Г 05 П 11/04 6 05 В 11/58 Государственный комитет СССР оо дедам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А. А, Абдуллаев;. Э, М. Джафаров, Л, А. Аскеров,И. А, Искендеров, М. М. Файяэов и Ф. С. Абдуллаев Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной(54) ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯРЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И УРОВНЯ КУБАРЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЦ Йэобретение относится к системам автоматического регулирования и может найти применение для взаимосвязанного регулирования нелинейных, нестаци онарных с перекрестными каналами процессов нефтехимии, нефтепереработки и др. отраслей промышленности, например для регулирования взаимосвязанных параметров (уровень и температура)10 куба ректификационной колонны в процессе получения стирола.Известна структурная схема связан" ного регулирования реального объекта (куба ректификационной колонны) с двумя связанными. между собой регулируемыми параметрами, в которой регулируются температура и Уровень 1).Недостатком известной системы является то, что при ректификации легко- кипящих смесей с близкими точками кипения изменение в широких пределах характеристик объекта и перекрестныхсвязей междрегулируемыми параметрами температуры и уровня приводит к ухудшению качественных показателей процесса управления.Наиболее близкой к изобретению является система автоматического регулирования, ссдержащая два параллельных контура, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика параметра, регулятора и исполнительного механизма 2.Недостатком известной системы является то, что в ней не учитывается ,наличие связей между регулируемыми величинами и поддерживается требуемый процесс управления по каждой из них независимо друг от друга; зто неучтенное взаимное влияние между отдельными контурами регулирования значительно ухудшает функционирование системы и даже может привести к потере устойчивости при широких пределах измерения степени связей регулируемых параметров по перекрестным каналам (при 0 с. Кс 1).Как известно, для сохранения устойчивости .системы несвязанного регулирования при наличии внутренних связей параметров по перекрестным кана-, лам приходится увеличивать пределы пропорциональности регулятора (уменьшать коэффициент усиления) для тогс) чтобы амплитудно-фаэовая характеристика систеьи не охв,атывала бы точку комплексной плоскости с координатами (О; 1,0) по сравнению с настройкойрегулятора в системе с одним парамет- ный прибор 3 с задатчиком температуры,ом. Очевидно, это приводит к умень- Регулятор температуры, пропорциональшению скорости действия регулятора, но-интегральный регулятор с перемена в конечном итоге ухудшению качества ной структурой (ПИ РПС), состоящий изпроцесса регулирования. интегрального блока, включающего элеСледует отметить, что при сильных мент 4 сравнения, реле 5, переменныйвнутренних связях возможность полу 5дроссель 6, емкость 7, пропорциональчения высокого качества регулирова- ный блок, включающий элемент 8 сранния следует искать не путем корректи- нения, реле 9, переменные дроссели 10рования настройки несвязанных между и 11, элемент 12 умножения на постоянсобой регуляторон, а созданием сис- ный коэффициент, блок формированиятемы связанного регулирования. ф ошибки, включающий элементы 8 и 1310Цель изобретения - при широком из- сравнения, клапан 14, блок преднаременении характеристики объектов и ния, включающий переменный дроссельсвязей между регулируеььми параметРа, емкость 16, элемент 17 сравнения,ми улучшить качество регулирования и задатчик 18, формирующий сигнал опоррасширить функциональную возможность 15 ного давления, элемент сравнения 19,пневматического управляющего устройст- В устройство входит также блоккоррекции контура регулирования темПоставленная цель достигается за пературы, включающий переменный дроссчет того, что устройство содержит вы- сель 20, элемент 21 сравнения, повтоходные сумматоры контура регулирова ритель 22, выходной сумматор 23 конния температуры и контура регулиро- тура регулирования температуры, усимощности, исполнительныйвания уроння и блоки коррекции конту- литель 24 мощности,механизм 25 на магистрали пара, датчик оння, преобразователь 27,ров регулирования уровня и температуры, каждый из которых состоит из эле- чик 26 Уроння, прес Рвто ичный прибор 28 с задатчиком уронмента сравнения и последовательно со- д 5 втричый при Рег лятор уровня - пропорциоединенных повторителя, постоянного ня 28, регул р урнально-интегральный регулятор с передросселя и переменного дросселя, причем выход интегрального блока регуля- менной стРуктурой контура уровня, состоящий аналогичнс предыдущему регулятора уровня через повторитель и посто из элементов 29 -43, блок корректоянный дроссель соединен с минусо- тору из элементоввой камерой элемента сравнения и через ции контУРа Р У Ра регулирования уровня, сосповторитель и переменный дроссель тоящий из переменного дросселя 4с ля 44с плюсовой камерой элемента сравне- элемента сравнения 45, понторителеля 46ния блока коррекции контура регули- выходной сумматор 47, усилитель щсилитель 48 мощрования уровня и с выходом регулято- ности, исполнительный механизм на мара уровня, выход элемента сравнения. гистрали кубового продукта 49; рекданного блока соединен с первой плю- тификационная колонна 50, кипятильсовой камерой выходного сумматора , ник 51.контура регулирования температуры, ми- В каждом блоке коррекции установнусовая и вторая плюсовая камеры кото- лены постоянные дроссели 52 и 53.рого соединены с каналом опорного давКак известно, параметры (темпераления и выходом регулятора температу- тура и уровень) процесса ректификары, выход интегрального блока регуля- ции внутренне связаны между собой.тора температуры через повторитель и Кубовой продукт выдается регуляторомпостоянный дроссель соединен с минусо- уровня, Уровень жидкости в кубе колонной камерой и через повторитель и пе ны связан с другим регулируемымременный дроссель - с плюсовой каме-., параметром - температурой кубовой жидрой элемента сравнения блока коррек- кости. В зависимости от физических.ции контура регулирования температу- свойств разделяемой смеси, конструкры и с выходом регулятора температу- ции куба, его тепловой нагрузки иры, выход элемента сравнения данного 50 т.д. степень связи регулируемых паблока соединен с первой плюсовой ка- раметров может изменяться в широкихмерой выходного сумматора контура пределах.регулирования уровня, минусовая и вто- При реактификации легкокипящихрая плюсовая камеры которого соедине- смесей с близкими точками кипенияны с каналом опорного давления и вы- связь между уровнем и температуройходой .Регулятора уровня, а выходы55бывает. настолько сильной по перекрествыходных сумматоров контуров регули- ным каналам, что оказывается наиборования температуры и уровня соедине- лее эффективной схема взаимного регуны соответственно с исполнительными лирования.механизмами, установленными на ма- За основные возмущения процессагистралях выдачи кубового продукта 0 можно принять изменение состава и количества жидкости, поступающей из коНа чертеже приведена принципиаль- лонны в куб. Эти возмущающие возная схема предложенного устройства. действия воздействуют однонременно наУстройство содержит датчик 1 тем- оба регулируеьые параметра. Возмущаературы, преобразователь 2, вторич ющими воздействиями янляются также,К при 5,с Овозканалуи ровде Р Р Вых т 1 выл. ра Ки, К, тся в зависим мы регулирова аботу пропорц регулятора по Х, л 2 мента 8 сравн Р, кор вылоз Р кор алых.т гденийсигика фо вз аимное вли яние регулируемых пара,метров (уровень и температура),Исходя из этого, устройство таквыполнено, чтобы учитывалась взаимосвязь между температурой и уровнемректификационной колонны, 5Принцип действия следующий.На входы устройства подаются сигналы, пропорциональные заданному Ртекущему Р, значениями уровня и пропорциональные заданному Рц, текущему Р значениями температуры ректификационной колонны, а также опорноедавление Р . Устройство отрабатываетследующий алгоритм управленияР =7 к Р +цт Р аРЬЫХ.24 ЬЫХ.Т 1 "И 1 д л КОР.Вых.15 где Кипри 5,0 ) при 5 О2сК 2, при 52 О Ги, при 520, к 22 при 52О " (и 22 при 52 О,СК,при 5 Овых.45 кор.вых.ц и х 2 9К ПрИ 52 с О 35 управляющиедействия потемпературы Уня;сигналы рассогласо вания Рх = РотРэт ( РХ 2 Рп компенсирующев воздействие блока коррекции контура регулирования уровня для контура регулирования температуры;компенсирующее в действие блокакоррекции контура регулирования температуры для контура регулирования 6 уровня;коэффициент усиленийблока коррекции контура регулирования уровня;6 коэффициент усиленияблока коррекции контура регулированиятемпературыК 1,К 2 - коэффициенты усиления устройства поканалу уровня и температуры;,Т 2 - постоянные времениинтегрирования поканалу уровня и температуры;51,52 - функции переключенияпо каналу уровня итемпературы;Т Т 4 - постоянные времениблоков формированияФункции переключения.Устройство работает следующим образом,Начнем с температурного контура. Сигнал от датчика 1, преобразуясь в пневматический сигнал с помощью преобразователя 2, поступает. к входу пропорционально-интегрального регулятора с переменной структурой температуры (4 -19) . Этот регулятор работает следующим образом. На входы регулятора подаются сигналы, пропорциональные заданному Р , текущему Р значениям температуры куба ректификационной колонны, а также опорное давление РоРегулятор отрабатывает следу;ющий алгоритм управления ьы,я (п .), , Р )дЬк 1 Параметры регулято Т И -- оо,Т ц,2 выбиРаю ти от состояния систе ния. Теперь изложим р онально-интегрального элементным цепочкам.Выходной сигнал эл ния Р ,=Р -Рпроходя через проточные камеры реле 9, переменные дроссели 10 и 11, поступает в минусовую камеру элемента 12 сравнения, на выходе которого отрабатывается регулирующее воздействие видаК, получает один из двух эначеК, К 2 в зависимости от уровняала, формируемого при помощи блормирования функции переключенияа а,-РРвьх,п 5 тзРоа 1формула изобретения 30 донательно, на выходе сумматора 47 имеемвюх 47 21 п зу типу зцигРкор,выл.т 9 Этот сигнал, проходя через усилитель мощности, поступает н исполнительный механизм 49, который у танонлен на магистрали кубового продукта из ректификационной колонны, тем самым регу-о лируется уровень куба ректификационной колонны.Алгоритм управления, реализуемый с помощью блока коррекции контура температуры, позволяет учитывать нелинейное измененйЬ связи между уровнем и температурой куба ректификационной колонны, вследствие чего улучшается качество регулирования второго взаимосвязанного параметра-уровня.Таким образом, устройство позволя- о ет учитывать изменение динамических характеристик объекта и перекрестных связей между температурой и уровнем ректификационной колонны, н результате чего улучшается качественные пока затели процесса управления. Пневматическое управляющее устройство для ре гулирон ания температуры и уровня куба ректификационной колонны, содержащее регуляторы температуры и уроння, каждый из которых . 35 состоит из пропорционального и интегрального блоков, подключенных к выходному сумматору, и последовательно соединенных блоков формирования ошибки и предварения, ныход которого связан АО с пропорциональным и интегральным блоками, датчики температуры и уровня, подключенные к входным каналам соответствующих регуляторов, и исполнительные механизмы, установленные на магистрали выдачи кубового продукта и магистрали пара, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик устройства, оно содержит выходные сумматоры . контура регулирования температуры и контура регулиронания уровня.покикоррекции контуров регулированияуровня и температуры, каждый из которых состоит из элемента сраннения ипоследовательно соединенных повторителя, постоянного дросселя и переменного дросселя, причем выходинтегрального блока регуляторауровня через повторитель и постоянный дроссель соединен с минусовой камерой элемента сравнения и через повторитель и переменный дроссель,С плюсовой камерой элемента сравненияблока коррекции контура регулирования уровня и с выходом регуляторауровня, выход элемента сравнения данного блока соединен с первой плюсовой камерой выходного сумматораконтура регулирования темпуратуры, минусовая и вторая плюсовая камеры которого соединены с каналом опорногодавления и выходом регулятора температуры, выход интегрального блокарегулятора температуры через повторитель и постоянный дроссель соединен с минусовой камерой и через:повторитель и переменный дроссельс плюсовой камерой элемента сравненияблока коррекции контура регулирования температуры и с выходом регулятора температуры, выход элемента сравнения данного блока соединен с первойплюсовой камерой .выходного сумматораконтура регулирования уровня, минусовая и вторая плюсоная камеры которого соединены с каналом опорного давления и выходом регулятора уровня, авыходы выходных сумматоров контуроврегулирования температуры и уровнясоединены соответственно с исполнительными механизмами установленнымина магистралях выдачи кубоного продукта и пара. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе 1. Анисимов И.В. Автоматическое752243 Составитель Г.Хохловедактор И,Нанкина Техред М,Петко Корректор С.Лекм Подписно Патент, г, Ужгор ли ал роектн акаэ 4740/4 ЦНИИПИ Государ по делам из 113035, Москва