Регулятор

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистнческнкРеспублик пи 945849(22) Заявлено 11.02,81 (21) 3245437/18-24с присоединениен заявки Рйню денек нзобретеннй н открцтнйЕмельянов, В. П, Авдеев, С, К. Коро Мьпппяев, В, И, Соловьев, Я. Н. Попо Носырев, Е. А, Шерлоков и В, А. Стак С, В Л, П В. И 2) Авторы изобретения ибирский ордена Трудового Красного Знаме еталлургический институт им. Серго Орджон аявитель 54) РЕГУЛЯ ряется темпера денного газа на Измеряется так газа прямого и) охпаж- енераторов тура (Т, Т, Т выходе из рег е давление (Ртока, расход г и расход аэа петл подверженыоэмушений, свойства ров. а по Вр а впени ра 9- ьТ ть п ри ня Инерпреж н оядействиями являютого и петлевого по- генератор. 1(ель упся в стабилизации те ого гаяа в конце ра о Управляюшими вся расход газа прямтоков на каждый реравления заключаетлературы; охлажденн Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть испопьяовано для построения систем регулирования температурного режима теплообменных аппаратов кислородных установок, в частности блока азотных регенераторов,Блок азотных регенераторов содержиттри регенератора, В каждый момент времени по одному ия регенераторов проходит прямой (рабочий) поток газа (9 9 С) который охлаждается и нагревает насадку регенератора, по другому - обратный поток газа и по третьему - небалансирующий (петлевой) поток газа (9 п).Как обратный, так и петлевой потоки гаэов охлаждают насадку регенераторов и подготавливают ее для охлаждения газа прямого потока. Череэ каждые три мину. ты происходит переключение регенераторов, т.е. цикл переключения состоит иэ трех периодов; рабочего, обратного и пеъеевого, В конце рабочих периодов иэмового потока,5 Кроме того, регенераторы влиянию неконтролируемых в сушественно ияменяюших свои цикла переключения регенерат Характеристика регенерато лу 9=Т имеет нелинейный вид. диапазоне изменения расхода газа, проходящего через реге дель регенератора по канала 15 ЮП ЬТ и ЬР= ЬТ может та в виде пропорционального ционностью от цикла к циклу ебречь3 9458бочих периодов при условии максимальновозможных расходах газа прямого потока,Известны регуляторы, с помощью которых регулирование температурного режима теппообменных аппаратов ведетсятолько изменением количества газа петлевого потока 1),Недостаток этих регуляторов заключается в том, что они не обеспечиваютвысокой степени стабилизации температу оры охлажденного газа на выходе регенераторов при его максимально возможныхрасходах.Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности является регулятор, 15который содержит первый экстрапопятори последовательно соединенные первыйблок сравнения, первый фильтр низкойчастоты, обратную модель объекта и второй блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого блока задержки 2. Цепью изобретения является повышение точности стабилизации температурыгаза при его максимально возможном расходе,Поставленная цель достигается тем,что регулятор содержит первый задатчик,второй и третий блоки задержки, блок выбора наименьшей величины, последовательно соединенные первый переключатель,четвертый блок задержки, второй переключатель, третий блок сравнения, первыймасштабируюший блок, четвертый блоксравнения, третий переключатель, четвертый переключатель, пятый блок сравнения,второй фильтр низкой частоты, второймасштабируюший блок и вычитатель,последовательно соединенные второй задатчик,40шестой блок сравнения, третий фильтр низ 1кой частоты и третий масштабирующийблок, последовательно соединенные вто. - .рой экстраполятор, четвертый масштабируюший блок и сумматор, выход которого45соединен с входом первого блока задержки, выход второго блока сравнения черезпоследовательно соединенные вычитатель,первый экстраполятор, перЬый переключатель, второй блок задержки и блок выбора наименьшей величины соединены с вторыми входами сумматора и третьего блока сравненц, второй выход четвертогопереключателя соединен с входом первогоблока сравнения, выход первого задатчика соединен с вторыми входами четвертого и пятоо блоков сравнения, ааход третьего маг 1 нтобируюшего блока соединен стретьим вл том вычислителя, второй выход первого переключателя через третийблок задержки соединен с вторыми входами блока выбора наименьшей величины ивторого переключатепя, выход четвертого .блока задержки соединен с третьим входом блока выбора наименьшей величиныпервый вход которого соединен с третьимвходом второго переключателя выход третьего фильтра низкой частоты соединен свходом второго экстраполятора,На чертеже представлена блок-схемарегулятора температурного режима теплообменных аппаратов, например, блока азотных регенераторов.На чертеже приняты обозначения: ТЯТ, (1), Т,(1 ) - температура охлажденного газа на выходе соответственно первого, второго и третьего регенераторов;Т - задание на температуру охлажденного газа; Р ( )давление газа прямогопотока; 7 - сигнал об окончании каждоФго периода; (; (1) - расход газа петлевого потока; Я,(1), Я , 9 (1 ) - расход газа прямого потока соответственнодля первого, второго и третьего регенераторов.Регулятор температурного режима теплообменных аппаратов, например блокаазотных регенераторов, содержит четвертый переключатель 1, первый блок 2 сравсравнения, первый фильтр 3 низкой частоты, обратную модель 4 объекта, второйблок 5 сравнения, вычислитель 6, первыйблок 7 задержки, первый экстралолятор8, первый переключатель 9, второй 10,третий 11 и четвертый 12 блоки задержки, блок 13 выбора наименьшей величины,сумматор 14, первый задатчик 15, пятый блок 16 сравнения, второй фильтр17 низкой частоты, второй масштабируюший блок 18, второй задатчик 19, шестой блок 20 сравнения, третий фильтр 21низкой частоты, третий масштабирующийблок 22, второй.экстраполятор 23, четвертый масштабируюший блок 24, второйпереключатель 25, третий блок 26 сравнения, первый масштабирующий блок 27,четвертый блок 28 сравнения, третийпереключатель 2 9.Регулятор работает следующим образом.После окончания каждого рабочего периода, например, в первом регенераторес помощью четвертого переключателя 1по сигналу 3 на один из входов первогоблока 2 сравнения подается сигнал о температуре Т (1) охлажденного газа на выходе первого регенератора, а на один иэвходов пятого блока 16 сравнения пода5 94 г)8 ется сигнал о расходе (; (1) газа прямого потока в первом регенераторе. Аналогично, по сигналу Дна первый 2 и пятый 16 блоки сравнения подаются сигналы о температуре охлажденного газа прямого потока, на втором и третьем регенераторвх.Иэ сигнала Т (1 ) в первом блоке 2 сравнения вычитается сигнал Т о заданной температуре охлажденного газа. Сиг О нал о поЛученной разности через первыйфильтр 3 низкой частоты, в котором выделяется полезная составляющая этогосигнала, поступает на обратную модель 4объекта по каналу изменение расхода газа петлевого потока Ь 9 п - изменениетемпературы охлажденного газа .6 Т безучета запаздывания, Обратная модель 4объекта представлена в виде пропорционального звена, На выходе обратной модели 4 объекта получается сигнал о корректировке расхода газа петлевого потока на (1-1)-ом периоде управления. Вычитая во втором блоке 5 сравнения сигнал об этой корректировке из сигнала, 25поступающего с выхода первого блока 7задержки, т,е, из сигнала о расходе Я(1-1) газа петлевого потока на (1-1)-омпериоде управления, получаем сигналоб оценке идеального расхода газа пет Олевого потока Д,ругими словасми получаем сигнал о расходе газа 9 п (-1), который требовалось реализовать на прошедшем периоде управления, чтобы получитьтемпеРатуРу охлажденного газа, Равнойзаданному значению,Значение Я(1-1) получено для условий фактического давления Р и расхода Я газа прямого потока на-том так -10 те управления, Оалее значения , (-1 ) пересчитывается наусловия базового, в частности, среднего давления и макси , мвльно возможного расхода газа прямого потока, Для этого в пятом блоке 16 сравнения из сигнала о расходе 9 ( ) прямого потока, например на первом Регенераторе, вычитается сигнал о максимально возможном расходе, поступающий с первого задатчика 15, Сигнал с выхода50 пятого блока 16 сравнения через второй фильтр 17 низкой частоты, в котором выделяется полезная составляющая этого сигнала поступает на второй мвсштвбируюший блок 18, где умножается на пере 55 счетный коэффициент. Тем самым приращения расхода газа прямого потока пересчитывается в эквивалентные по температурному эффекту приращения расхода 49 6газа петлевого потока. В шестом блоке20 сравнения из сигнала об измеренномпавлении Р(1) газа вычитается сигнал обазовом давлении газа, поступающий свыхода второго эадатчика 1 9, Сигнал свыхода шестого блока 20 сравнения поступает через третий фильтр 21 низкой частоты, в котором выделяется полезная составляющая этого сигнала, на третиймасштабирующий блок 22, где умножвет 2 я на пересчетный коэффициент и, такимобразом, пересчитывается в приращениярасхода газа петлевогопотока. В вычитателе 6 из сигнала " (1-1 ) вычитаются1 дПсигналы о приращениях расхода газа петлевого потока, поступающие с выхода второго 18 и третьего 22 масштабируюшихблоков. На выходе вычитателя 6 получается сигнал об идеальном расходе га-,за петлевого потока, приведенном расчетным путем из условия максимальногорасхода и базового давления газа прямого потока, Этот сигнал отражает эффекты неконтролируемых возмущений, действуюших на объект управления,Сигнал с выхода вычитателя 6 поступает на первый экстрапопятор 8, выполненный, например, в виде форсирующегозвена где экстраполируется на три такта расчета (три периода). Экстраполированный сигнал через первый переключатель 9, который работает по сигналу 3поступает на второй блок 10 задержки, .если закончился рабочий период в первомрегенераторе, на третийблок 1 1 задержки, если закончился рабочий периодво втором регенераторе, и на четвертый блок 12 задержки, если закончилсярабочий период в третьем регенераторе.С выходов второго 10, третьего 11 ичетвертого 12 блоков задержки сигналыпоступают на блок 13 выбора наименьшей величины, реализованного, например,в виде диодной сборки, В блоке 13 выбора наименьшей величины иэ трех сигналов выбирается сигнал с наименьшим значением, на основе которого и определяется требуемый расход газа петлевого потока в предстоящем (1+1)-ом периоде путем пересчета наименьшего сигнала нв.условия ожидаемого давления газа прямого потока. С этой целью выходной сигнал третьего фильтра 21 низкой частотыпоступает на второй экстраполятор 23,где он экстраполируется на один периоди затем поступает на вход четвертогомасштабируюшего блока 24, в которомуменьшается на пересчетный коэффициент,Сигнал с выхода четвертого масштабчру945849 8пения, На двух других регенераторах те пература охлажденного газа регулируется изменением расхода газа прямого по тока в этом же периоде управпения, В5 результате достигается стабилизация те 1 . а пературы газа при его максимально возможном расходе.Результаты имитационного модепировайия систем управпения с известным иО предлагаемым регуляторами температурного режима теппообменных аппаратов пс к- казывают, что применение предлагаемогорегулятора позволит уменьшить дисперсию отклонений фактической температуры15 газа от заданной на 15% и увепичитьпроизводительность теппообменных аппаратов на 8%, Это даст экономический эф.фект порядка 1 20 тыс. рублей в год на один кислородный цех с производством4 320 кислорода 650 мпн,м в год,юшего блока 24 идет на один иэ входовсумматора 14, где суммируется с сигнвлом, поступаюшим с выхода блока 13 вьбора наименьшей величины, На выходесумматора 14 получается сигнал о требуемом расходе газа петпевого потока нпредстоящий период, Этот сигнал поступает на вход первого блока 7 задержки иявляется одним из выходных сигналов регулятора.Таким образом, расход газа петпевого потока рассчитывается из условия масимального расхода газа прямого потокана потенциально наиболее холодном регенераторе, т.е. на том регенераторе, дпякоторого расход газа петпевого потоканаименьший. Этот расход газа петлевогопотока реализуется и для остапьных двухрегенераторов, Температура же охлажденного газа на их выходе регулируется раоходом газа прямого потока,Для этого сигналы с выходов второ -го 10, третьего 11 и четвертого 12 блоков задержки через второй переключатель25, работающий по сигналу Д поступаю ший в порядке работы регенераторов наодин из входов третьего блока 26 сравнения, На другой вход третьего бпока 26сравнения подается сигнал с выхода бпока 1 3 выбора наименьшей величины, кото- ЗОрый и вычитается из сигнала о приведенном идеапьном расходе газа петлевогопотока, Сигнал о полученной разности поступает на первый масштабируюший блок27, в котором умножается на коэффициент, в результате чего пересчитываетсяв эквивалентный по тепловому эффектусигнал о приращении расхода газа прямого потока. Полученный на выходе первого масштабируюшего блока 27 сигнал выОчитается в четвертом блоке 28 сравнения из сигнала о максимально возможномрасходе газа петлевого потока, поступа-,юшего с выхода первого задатчика 1 5.Выходной сигнал четвертого блока 28сравнения поступает на вход третьегопереключателя 29, выходные сигналы которого подаются на входы четвертого переключателя 1 и являются выходными сигналами предлагаемого регулятора о требуемых расходах газа прямого потока,При работе регулятора температурного режима тепнообменных аппаратов наодном, потенциально бопее хоподном регенераторе, устанавпивается максимапьновозможный расход газа прямого потока,55а температура охлажденного газа регулируется изменением расхода газа петлевого потока нреиииушего периода управформула изобретения Регулятор, содержаший первый экстрасполятор и последоватепьно соединенньн первый бпок сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта и второй блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого блока задержки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью повышения точности регулятора, он содержит первый задатчик, второй и третий блоки задержки, блок выбора наименьшей величины, последовательно соединенные первый переключатель, четвертый блок задержки, второй переккпючатель, третий блок сравнения первый масштабируюший блок, четвертый блок сравнения, третий переключатель, четвертый переключатель, пятый блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, второй масштабируюший блок и вычитатепь йоследоватепьно соединенные второй задатчик, шестой бпок сравнения, третий фильтр нцэкой частоты и третий масштабируюший блок, последовательно соединенные второй экстрапопятор, четвертый масштабируюший блок и сумматор, выход которого соединен с входом первого бпока задержки, выход второго блока сравнения через последовательно соединенные вычитатель, первый экстрапопятор, первый перекпючатепь, второй блок задержки и бпок выбора наименьшей вепичины соединены с вторыми входами сумматора и третьего блока сравнения, второй выход четвертого переключателя соединен с входом первого бпока сравнения, выход первого за9 945849 10датчика соединен с вторыми входами чет- выход третьего фильтра низкой частотывертого и пятого бпоков сравнения, выход соединен с входом второго экстрапопятзтретьего масштабируюшего блока соеди- ра.нен с третьим входом вычитатепя, второйвыход первого перекпючатепя через тре- Источники информации,тий блок задержки соединен с вторымивходами блока выбора наименьшей вепичи, Бродянский В, М, и др, Производны и второго перекпючатепя, выход чет- ство кислорода. М"Метаппургиявертого блока задержки соединен с тре-1970, с. 366-367,тьим входом блока выбора наименьшей 1 О 2. Авторское свидетельс тво СССРвеличины, первый вход которого соединен % 699490, кл. О 05 В. /В. 11/01 1978с третьим входом второго перекпючатепя, (прототип).