Устройство для регулирования уровняжидкости b емкости

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сеюэ Севетскнк Социавктическик РеспубликК АВТОРСКОМУ СВ ИТИЗЬСТВУ с присоединением заявки М 9(23)приоритет О 05 0 9/12 Государственный комитет СССР яо дедам изобретений и открытия(71) Заявитель Донецкий ордена Трудового Краси политехнический институт 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕРУЛИРОВйНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИВ ЕМКОСТИ 1Изобретение относится к автоматическому регулированию уровней в емкостях (пульпосборниках) по притоку жидкости (гидросмеси) из забоев гидрошахт и может быть использовано в многоступенчатых гидротранспортных перекачных системах, в гидротехнических сооружениях и системах водоснабжения для каскадного регулирования уровней гидросмеси или воды с целью обеспечения заданного среднего расхода при переменном случайном притоке на входах,в транспортную сис тему.По основному авт.св. 9723527 из вестно устройство для регулирования уровня жидкости в емкости, которое содержит датчик расхода, датчик уровня в емкости и задатчик верхнего и нижнего уровней, соединенные соответственно с первыми и вторыми входами первого элемента сравнения, выход которого соединен с блоком управления, связанным с регулирующим органом, а также усреднитель, эадатчик расхода, второй элемент сравнения, корректор и блок прогноза, выход которого соединен с первым входом задатчика расхода, второй вход которого через усреднитель подсоединен к аходу д расхода, а первыйвторого элемента сравы соответственно с вытеля и эадатчнка расвыход - с первым входом корвторой вход которого соедиходом датчика уровня, а ваход - с третьим входом первого элемента сравнения 1).Однако при аварийных режимах, вслучаях сбоев работа установок гидросистеие, резкого изменения условий выемки полезного ископаемого, появля ется резко случайная непредсказьвае 5 мая составляющая прн прогнозировании притока, снижающая точность прогноза (упреждения) и вызывающая погрешность регулирования среднего расхода только по прогнозному режиму 20 данным устройством.Цель изобретения - повыаениности и надежности и, следоват повышение производительности г транспортной системы путем вв 5 дополнительно корректирующегола регулирования уотавки уровня по текущему состоянию в транспортной системе о действительном притоке.Поставленная цель достигается 30 тем, что в устройство для регулнро-,атчика входы единен средин в и второй кения со ходами ухода, а ректора, нен с вы е точельно, идро едения кана 2вания уровня жидкости в емкости,введены блок переключения режимов,последовательно соединенные блок запаздывания, интегратор и третий элемент сравнения, а также четвертый. элемент сравнения, причем второй элемент сравнения подключен к корректору через блок переключения режимов,второй вход которого соединен с выхо дом четвертого элемента сравнения,второй вход .третьего элемента сравне- ония подключен к выходу усреднения,а выход - к третьему входу блокапереключения режимов, первый входчетвертого элемента сравнения соединен с выходом интегратора, а второй вход - с другим выходом блокапрогноза, причем вход блока запаздывания подключен к выходу сумматора.на Фиг. 1 представлена блок-схема.предлагаемого устройства, наФиг, 2 - графики прогнозного и дейст Овительного притоков и пояснения дляФормирования среднего опорного притока на расчетном интервале управления попрогнозному притоку в нормальном.режиме; на Фнг. 3 - Формирование 25среднего опорного притока на расчетном интервале по мгновенному действительному притоку при аварийчом режиме.Устройство содержит датчик 1 расхода, состоящий из датчиков 2-4 притоков, сумматор 5, усреднитель б,блок 7 запаздывания, интегратор 8,первый элемент 9 сравнения, второйэлемент 10 сравнения, блок 11 прогно- З 5за, блок 12 переключения режимов,третий элемент 13 сравнения, задатчик 14 расхода, корректор 15, блок16 управления, регулирующий орган17, датчик 18,уровня в емкости, задатчик 19 верхнего и нижнего уров" .ней, четвертый элемент 20 сравнения,пульпосборник 21.Устройство выполняется в виде отдельного блока и устанавливается наперекачных ступенях гидротранспортной системы, сопрягаясь через дополнительные входы с локальной системойстабилизации уровня,Датчики притоков представляют собой стандартные датчики расходов 50( уровней) гидросмеси в желобах и ра"ботают на объемно-весовом принципе.Программный график составляетсяна основании статистических данных работы забоев или рассчитывается путемпрогнозирования по предысториипроцесса на расчетный интервал изакладывается в прогнозную модель 10,как программа работы,Расчетный интервал управлениядсо (см.фиг. 2 й 3) разбивается на 60два интервала: интервал регулированиядскб, за который инерционная системапульпосборников может быть переведена из одного состояния по уровню вдругое заранее по ожидаемому прогноз ному или действительному притоку,и интервал упреждения Ьс, за который можно вычислить по программномуграфику прогноз притока гидросмесидля компенсации отклонения его отсреднего заданного притока, путемнакопления или расходования заранеена интервале регулирования дс эа"пасов гидросмеси (уровней) в пульпосборниках в зависимости от того,ожидается увеличение или уменьшениепрогнозного притока.Устройство работает следующим образом,Сигналы, пропорциональные действительному притоку, поступают непрерывно (либо периодически с фиксированной частотой опроса) от датчиков 2-4 на соответствующие входы сумматора 5, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный суммарному действительному притокуЯ(с) на текущий момент времени с(Фиг. 2 и 3), и поступающий одновременно для преобразования в основнойи корректирующий каналы устройства.В основном канале по этому сигналу в усреднителе б вычисляется средний за интервал С дейсвительный приток Яо . Интервал времени С: численноравен времени движения гидросмесиот забоев по открытым каналам (желобам или трубам). Средний притокаккумулированный в транспортныхжелобах (трубах) и движущейся кпульпосборникам в течение времениЗ,может быть точно определен на времяС вперед интегрированием текущегопритока Я (с) от датчиков, начинаяс момента времени с : С , Притокпринимается за . средний регулы.ровочный приток р (фиг. 2 и 3) навсем интервале регулирования дс,начиная с момента регулирования ср.Использование текущего действительного притока (с) за время С для вычисления 0.р на интервале регулирования дскб значительно повышает точностьработы устройства по сравнению с вычислением Цр на этом же интервалерегулирования по программному графику (фиг. 2 и 3).В корректирующем канале выходнойсигнал сумматора 5 воспроизводитсяблоком 7 запаздывания только со сдвигом на время с,. А дальше для устранения влияния высокочастотных помехв канапах связи на сигналы датчика1 расхода исглаживания пульсациймгновенных значений сигнала притокаЯ (с), выходной сигнал блока 7 запазд 3 вания усредняется интегратором 8,выполняющим роль сглаживающего Фильтра, на небольшом интервале времениЮ . Причем интервал Ю выбран намногоменьше интервала усреднения Т , т.в,Дсс С,Таким образом, параллельно с формированием среднего регулировочногопритока 0 на выходе усреднителя 6основного канала, на выходе интегратора 8 корректирующего канала формируется сигнал, пропорциональный суммарному действительному мгновенномупритоку 0(с) на момент временит е 00(сО ) 0, конца интерваларегулирования дср = Г + Ю, которыйпоступает одновременно на входыэлементов 13 и 20 сравнения. А сигнал, пропорциональный прогнозномумгновенному притоку, на тот же момент времени сп, т.е. 0 п( ьп )щ 0 мп, поступает с первого выхода1 блока 11 прогноза на второй входэлемента 20 сравнения на выходекоторого формируется сигнал отклонения действительного мгновенного притока 0 от прогнозного мгновенногопритока 0 , и который поступает науправляющйй вход логического блока12 переключения режимов, определяя 20его работу.В нормальном режиме (фиг.2), когда не наблюдается отклонений действительного притока 0 (с) от прогнозного Ол(с), в момент вРемени сп сУммарный действительный мгновенный приток 0 , поступающий с интегратора 8,и мгновенный прогнозный приток 0 мп -от блока 11 прогноза - равны, и сигнал отклонения аОна выходе элемента 20 сравнения отсутствует, т.е.а,ч,= 0 и а 0, - 0- а= О. Приуправляющем сигнале й 0 нулевого(или близкого к нему) уровня блок 12подключает основной канал на вычисление корректором 15 уставки по35уровню в нормальном режиме..В этом случае сигнал, пропорциональный притоку Ор, поступает на первый вход задатчика 14 расхода, навторой вход которого со второго 40выхода блока 11 прогноза поступаетсигнал за интервал упреждения а сзпсигнал, пропорциональный прогнозному -притоку 0 О, прогнозируеьый с момента упреждения сй на интервал 45Мта (фиг.2),По действительному регулировочному притоку 0 и прогнозному упрежденному притоку 0в задатчике 14расхода вычисляется среднесглаженный на расчетном интервале ьс щьср + ас опорный приток 0,н,который при исправной работе устройства численно равен заданномусреднему расходу транспортной систе-.мы. Далее сигналы с выходов усреднителя 6 и задатчика 14 расхода, соответственно пропорциональные среднемудействительному регулировочномупритоку 0 р и опорному притоку 0поступают соответственно на первйй . 0и второй входы. элемента 10 сравнения, на выходе которого формируетсясигнал отклонения среднего действительного притока 0 от опорного притока 0 ояПр а енстве 00 Оклонения 4,0 на выходе элемента 10сравнения отсутствует, т,е. 604О.В этом случае блок 16 управленияподдерживает уровень в емкости (пульпосборнике) 21 в пределах верхнегои нижнего граничных его значений Ьг,установленных задатчиком 19 уровня.Так как на обоих интервалах, регулиравочном асср и прогнозном ьс , одинаковые притоки 0 = 0 од, системаработает с расходом, близким к заданному, и нет необходимости на интервале аср, начиная с момента с , накапливать или расходовать запас (уровень) жидкости (гндросьеси),В случае, если действительный приток 0 р на интервале дср значи гельнопревышает опорный на интервале а.со(когда ожидаемый приток мал) (Фиг.21,на выходе элемента 10 сравненияпоявляется положительное значениесигнала отклонения д 0 =. 0 р - 0 Опоступающее через соответствующийкоммутирующий вход логического блока 12 переключения режимов на первыйвход корректора 15, на второй входкоторого поступает текущий сигнал Ьс датчика 18 уровня, пропорционал- ный имеющемуся уровню в емкости(пульпосборнике 21, По сигналам отклонения ь 0 Ъ 0 и Ь в корректоре15 вычисляется значение уставкн Ь,верхнего уровня для накопления запаса жидкости (гидросмеси) в емкости пульпосборнике), который своимвыходом подключен к корректирующемувходу элемента 9 сравнения, которыйсвязан с блоком 16 управления, управляющий регулирующим органом 17, установленном на сливе жидкости гидросмеси) из емкости 16.Уставка верхнего уровня в пульпосборнике рассчитывается в этом случае таким образом, чтобы за интервалзаранее к моменту сО, когдапрогнозный приток 0 станет малыми придется остановить систему, превыщение действительного притока ь 0над опорным 0 оп накапливается в видезаласа (уровня) в емкости (пульпосборнике) с тем, чтобы последующеевремя асан, начиная с с, систематак же работала при притоке, равномопорному 0- О, + а 0, т.е. с заданным расходом.В случае, если действительный регулировочяый приток 0 р на интервалерегулирования аср меньше опорногоЬв, рассчитанного для интервалаМо (когда ожидаемый прогнозный приток велик), после сравнения 0 0 о навыходе элемента 13 сравнения появляется отрицательное приращение Ь 0 % О,По сигналу А 0 6 0 и текущему сигналууровня Ь аналогичным образом, заранее, начиная с момента ср, корректором 15 вычисляется уставка Ьр нижйего уровня, и происходит опорожнениетребуемой части емкости (пульпосборника) для приема излишков жидкости ,(пульпы) величиной аЦ на интервале упрежденияИа, когда приток станет большим, а расход транспортной систеьн по-прежнему должен оставаться равным среднему заданному.В аварийном режиме (фиг.З), когда наблюдаются резкие и большие отклонения действительного притокаЯ(с) от прогнозного ЯО(с) (утечки иЛи забутовки в желобах, порывы в водоводном ставе, снижение давления у монитора в забое и т.п.), в момент времени суп на выходе элемента 8 сравнения появляется сигнал отклонения мгновенного прогнозного притока (5 фщ от мгновенного действительного Юм, т е63 . Яц,- ц) 2 О, по команде которого блок 12 отключает основной канал и подключает корректирующий, переводя работу устройства Щна вычисление уставки по действующему. возмущению.В этом случае в качестве среднегопрогнозного притока Япринимается мгновенный действительный 5йриток Я, в момент С,О (фиг,З), таккак наиболее вероятно, что сохраняется после момента сп некоторое вреве,равное асп до устранения неисправности в забоях или на транспортной линии (каналах)Действительный регулнровочный приток Яр здесь вычисляется как обычно ,.в нормальном режиме усреднителем 6, а среднесглаженный опорный приток Ооа теперь не вычисляется, потому что вместо него берется значение при тока Юящ с выхода интегратора 8, поскольку интервал мр й дсп.Поэтому сигнал мгновенного действительного притока О , выполняющий 40 роль опорного притока 0на расчетном интервале управления дскб, сравнивается со средним действительным регулировочным притоком Я, в элементе 13 сравнения. При превышении прито- . 45 ком яр величины притока ЯЦыа,на выходе элемента 13 сравнейия появляется сигнал отклонения дФ а ,р " э - ч1 О, который через соответствующий коммутирующий вход блока 12 поступает.на первый вход корректора 15, По сигналам отклонения М Ъ О и текущего уровня Ь в корректоре 15 вычисляется уставка-настройка на: аварийный режим по притоку повышения уровня за интервал М и накопления запаса жидкости (пульпы) в емкости, заранее к моменту с прихода малого действительного притока, равного Явами Ю чтобы последующее время ас ирасход .в транспортной системе .60 сохранился равным опорному, т.е. заданному расходу.При устранении неисправности в забоях или на транспортном участке и совпадений действительного притока 65 й Ц, с программным притоком Ящ сигнал отклонения дЦ з на выходе элемечта 9 сравнения станет равным нулюи блок 12 отключает корректирующийканал и вновь подключает основнойканал на вычисление уставки в нормальном режиме по программе, описанной выае,Таким образом, от начала включения устройства регулирования уровняв работе, оно управляет запасамигидросмеси (уровнями) по притоку,заранее, вычисляя на повышение уровня,если ожидается (прогнозируется) падение притока, и на понижение, если ожидается его увеличение, обеспечивая этим саьым с достаточной точностью сглаживание колебаний притока гидросмеси и непрерывный заданный расход в гидросистеме.В многоступенчатых гидротранспортНых системах и системах водоснабжения. устройства регулирования уровнявключаются по каскадной схеме, когдарасход предыдущей ступени являетсяпритоком к последующей, а устройство выполняет функции, аналогичные описанным.Использование в устройстве корректирующего канала для вычисления уставкн уровня повышает точность регу.лировання уровня и заданного расхода в системе, так как снижает составляющие погрешности, обусловленные влиянием трудно предсказываеьнх притоков, вызванных сбоями и аварийными явлениями. В результате снижаются дополнительные затраты энергии, на стабилизацию колебаний расхода в гидросистеме. Кроме того, система в целом обеспечивается инвариантностью (с точностью до ошибки преобра" эования сигнала: К- инвариантность) по возмущению, что увеличивает сферу использования устройства.формула изобретенияУстройство для регулирования уровня жидкости вемкости по авт.св.9723527, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности устройства, оно содержит блок переключения режимов, после" довательно соединенные блок запаздывания, интегратор и третий элемент сравнения, а также четвертый элемент сравнения, причем второй элемент сравнения подключен к корректору.через блок переключения режимов, второй вход которого соединен с выходомчетвертого элемента сравнения, второй вход третьего элемента сравненияподключен к выходу усреднителя, авыхоД " к третьему входу блока переключения режимов, первый вход четвертого элемента сравнения соединен свыходоминтегратора, а второй входс другим выходом блока прогноза,причем вход блока запаздывания под:ключен к выходу сумматора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизв 1. Авторское свидетельство СССР В 723527, кл. 6 05 О 9/12, 1978./5Фавроективя ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул,3789/86 Тираж ВНИИПИ Государственно по делам иэобретени 113035, Москва, Ж, Рау