Устройство для регулирования температуры

54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЕМПЕРАТУРЫ У 47С. Вал кин ся к технике 8) тельс 0 23/1 льств 0 23/ тво СССР 9, 1978, о СССР 19, 1983. 4,Го ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБ".ЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(57) Изобретение относавтоматического регулижет быть использованованин температуры в техаппаратах в химическойческой и других отрасляности, например при ре вания и мои регулироологических нефтехими- промьпплен- лировании61519 13 температуры расплавов различных веществ в периодических смесителях - плавителях барабанного типа. Цель изобретения - повьппение точности регулирования температуры объектов с.переходным запаздыванием. Для этого устройство для регулирования температуры содержит теплообменник 1 , с регулирующим клапаном 2 на линии 3 подачи греющего теплоносителя к теплообменнику 1 датчик 4 и регулятор 5 температуры теплоносителя на выходе теплооЪменника 1, байпасную линию 6 с регулирующим клапаном 7; отсечные клапаны 8, 9 соответственно на линиях 10, 11 подачи пара и слива конденсата, отсечные клапаны 12, 13соответственно на линиях 14, 15 подачи холодной воды и слива холоднойводы, отсечные клапаны 16 и 17 соответственно на линиях 18, 19 подачигорячей воды и обратной подачи. теплоносителя, регулятор 20 давления,регулятор 21 температуры, блок 22управления, отсечной клапан 23, установленный параллельно клапану 8,датчик 24, циркуляционный насос 25 и датчик 26 давления. Изобретение повьппает качество регулирования объектов с переходным запазцываниемзасчет уменьшения перерегулирований.1 з.п. ф-лы, 3 ил.датчик 26 давления. 15 20 30 Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано при регулировании температуры в технологических аппаратах в химической, нефтехимической и других отраслях промьппленности, например при регулировании температуры расплавов различных веществ в периодических смесителях-плавителях барабанного типаЦель изобретения - повышение точ- ности регулирования температуры объектов с переходным запаздыванием.На фиг, 1 показана структурная схема устройства.; на фиг. 2 -.прин- ципиальная схема блока управления; на фиг. 3 - пример переходного про-. цесса в системе автоматического регулирования с использованием предложенного устройства.Устройство для регулирования температуры содержит теплообменник 1 с регулирующим клапаном 2 на линии 3 подачи греющего, теплоносителя к теплообменнику 1, датчик 4 и. регулятор э температуры теплоносителя на.выходе теплообменника 1, баййасную линию о с регулирующим клапаном 7, отсечные клапаны 8 и 9 соответственно на линиях 10 и 11 подачи пара и слива конденсата, отсечные клапаны 12 и 13 соответственно на линиях 14 и 15 подачи холодной воды и слива холодной воды, отсечные клапаны,6 и 17 соответственно на линиях 18 и 19 подачи горячей воды к технологической установке и обратной подачи теплоносителя, регулятор 20 давления, регулятор б 21 температуры, блок 22 управления, отсечной клапан 23, установленный параллельно клапану 8, датчик 24 температуры, циркуляционный насос. 25 и Датчик 24 температуры осуществляет измерение температуры в объекте управления - вращающемся смесителе(плавителе), причем. передача информации осуществляется через контактные кольца.Блок 22 управления (фиг. 2) содер жит промежуточные реле 27 и 28,электромагниты 29-35 управления клапанами, реле 36 и 37 времени. Включение промежуточных реле 27 и 28 осуществляется с помощью контактов 38 и 39регулятора 21 температуры, а включение реле 36 и 37 .времени - с помощью.контактов промежуточных реле и релевремени 40 - 50,Работа устройства осуществляется следующим образом. С помощью теплообмЕнника 1, оснащенного системой регулирования и регулятором 5, поддерживается относительно постоянное значение температуры .теплоносителя - горячей воды,циркулирупяцей во внутреннем контуреустройства по линии 6, Циркуляция13615 50 горячей воды обеспечивается насосом, В случае, если потребления горячей воды не происходит, то относительное постоянство расхода в контуре обес 5 печивается с помощью регулятора 20, воздействующего на регулирующий клапан 7. Такая схема построения соответствует общепринятым схемам теплоснабжения технологических установок, аналогичных известному устройству, что позволяет достаточно просто реализовать устройство на действующих установках без переделки сантехнической части систем, .С помощью регулятора 5 значение температуры теплоносителя устанавливается ниже заданного значения температуры продукта в смесителе-плавителе. Значения расходов пара, гоРячей ВОды и хОлОднОЙ ВО- ды устанавливаются путем соответствующего выбора гидравлических характеристик оборудования таким образом, чтобы обеспечить: при включении клапана 8 - интенсивный разогрев продукта, при включении клапана 23разогрев продукта с меньшей интенсивностью, но достаточной для перегрева продукта больше заданного значения, при включении клапана 12 - интенсивное охлаждение продукта, при включении клапана 16 - медленное охлаждение продукта, достаточное для охлаждения продукта ниже заданного значения.После загрузки технологического35 аппарата, включения насоса 4, подогрева горячей воды с помощью теплообменника 1 до заданной температуры и включения вращения смесителя-пла 40 вителя осуществляется включение регулятора 21 и подача напряжения на блок 22 управления. Контакт 38 регулятора 21 устанавливается на заданное значение температуры, а кон 45 такт 39 - на значение, меньшее на величину В 6 относительно заданного значения. Условием точного выполнения алгоритма управления является то, чтобы после первого достижения температуройзаданного значения при переходном и установившемся режиме снижение параметра не вызывало срабатывания контакта 39, т.е. чтобы отрицательная амплитуда колебаний не превышала значения д 9 . Контакт 38 замыкается при превышении температурой соответствующего значения, а контакт 39 - при соответствующем 19 4снижении параметра. Такой алгоритм работы контактов 38 и 39 соответствует работе промышленных трехпозициониых регуляторов, например регулирующих приборов КСМс трехпозиционными регулирующими устройствами,При подаче напряжения на блок 22 в начальный момент реле 27 обесточено, а реле 28 находится под напряжением. Соответственно находятся под напряжением электромагнит 29, реле 37 времени, электромагнит 35. При включении электромагнитов 29 и 35 на клапаны 8 и 9 поступает, управляющий сигнал в виде сжатого воздуха от соответствующих воздухораспределителей и осуществляется интенсивный разогрев продукта в смесителе-плавителепри прохождении через рубашку установки пара. По истечении заданнойнастройкой времени выдержки происходит размыкание контакта 41 и замыкание контакта 43, но состояние схемыотносительно выходных сигналов неизменяется, поскольку контакт 41 заблокирован контактом 40, а последовательно с контактом 43 включен контакт 44, в данный момент времениразомкнутый, поскольку выдержка времени реле 37 существенно меньше, чемвремя достижения значения температуры продукта, при котором срабатываетконтакт 39.При достижении температурой продукта значения, заданного настройкойконтакта 39, последний размыкается.Происходит отключение напряжения отреле 28, размыкание контакта 40 и замыкание контакта 44. Электромагнит29 отключается от напряжения и подключается электромагнит 30,Условный проход клапана 23 выбирается существенно меньше условногопрохода клапана 8 с тем расчетом,чтобы количество тепла, подводимогок объекту, обеспечивало нагрев продукта при постоянном включении клапана 23 до температуры, несколькобольшей, чем заданное значение. Дальнейший нагрев продукта обеспечиваетсяпод воздействием данного тепла. Последостижения продуктом заданного значения происходит замыкание контакта 38,и напряжение поступает на промежуточное реле 27. Размыкаются контакты42, 46 и 50 и замыкаются контакты 45и 48. Контакт 42 предотвращает вклю 136151940 чение электромагнита 29, контакт 45включает реле 36 времени, контакт 46отключает реле 37 времени, контакт 48подключает к напряжению электромаг 5ниты 32 и 34, а контакт 50 обеспечивает отключение электромагнита 35.Приразмыкании контакта 43 прекращаетсяподача ограниченного по расходу парак объекту управления, а при включении 10электромагнитов 32 и 34 происходитоткрытие клапанов 12 и 13 и поступление на время С холодной воды в рубашку аппарата.Тем самым обеспечивается форсированное охлаждение стенокоболочки аппарата, обеспечивающеекомпенсацию инерционного запаздывания в контуре регулирования. По истечении времени настройки контактовреле 36 времени происходит замыканиеконтакта 47 и размыкание контакта 49.Прекращается подача холодной воды врубашку аппарата и в рубашку подается горячая вода при температуре,меньшей заданного значения, поскальку напряжение подается на электромагниты 31 и 33. Это приводит к открытиюклапанов 16 и 17. Происходит охлаждение продукта до момента, когдатемпература продукта не станет нижезаданного значения,В момент снижения температуры продукта ниже заданного значения размыкается контакт 38, Происходит переключение контактов реле 27, что при 35водит к подаче в установку пара навремя 7 2, поскольку в первоначальный момент происходит включение электромагнита 29, а по истечении времени С 2 происходит переключение контактов 41 и 43 и количество пара,подаваемого в установку, уменьшается. Включение на время Спара большой интенсивности обеспечит ускоренный нагрев рубашки аппарата, что45также обеспечивает компенсацию инерционного запаздывания аппарата.В дальнейшем процесс повторяется,и в системе устанавливается устойчивый автоколебательный процесс со зна 50чительно меньшей амплитудой автоколебаний, что позволяет использоватьпредложенное устройство при высокихтребованиях к качеству процесса управления. Пример процесса регулирования поясняется фиг, 3.В случае, если объект управленияможет быть описан передаточной функцией в видеоб Р 77 Р обгде передаточная функция звена М(р), характеризующего переходное (инерционное) запаздывание, описывается выражением К(2) то выдержки времени 1 и 1, определяются по выражениям ТИ (р)=1+ " (1-е ) (5) (В 7-В 2) а 77 на релейный сигнал с амплитудой В 2, поступающий на объект управления.Поскольку для повышения качества регулирования необходима компенсация влияния инерционного звена с постоянной времени Т, то полная компенсация обеспечивалась бы в случае, если бы последовательно с объектом было включено звено с обратной характерис- тикой(6) 1 к(Р) = 1+Т Р где К - коэффициент передачи звеназапаздывания;Т - постоянная времени инерционного звена, характеризующегозапаздывание;В - управляющее воздействие приподаче к объекту управленияпара при его полном расходе,В - управляющее воздействие на2объект управления при подачепара с ограниченным расходом,В - управляющее воздействие при3подаче холодной воды,В- управляющее воздействие приподаче горячей воды.Определение величин управляющихвоздействий и иных параметров объектапроизводится в соответствии с известными рекомендациями.Целесообразность использования выражений (3) и (4) для расчета параметров определяется следующими изображениями.Увеличение управляющего воздействия на время может быть представленокак результат воздействия звена с передаточной функциейПоскольку на основании разложения5 10 15 20 то, пренебрегая членами высшего порядка малости, для компенсации переходного запаздывания необходимо выполнение приближенного соотношения 1+ . р -1+ тр(8)гИз выражения (8) следует, что для компенсации переходного запаздывания и улучшения качества регулирования необходимо выполнение условий (3) и (4).Чем больше при реализации устройства отношение В,/В 2 или соответственно отношение В /В, тем меньше значения с и с 2 и тем эффективнее компенсация переходного запаздывания. Поэтому при реализации устройства и его эксплуатации значение энергии, подводимой к объекту при подаче пара, целесообразно обеспечивать максимально возможным как и максимальный отвод энергии при подключении холодной воды,Предложенное устройство повышает качество регулирования объектов с переходным запаздыванием за счет уменьшения перерегулирований. Формула изобретения 1. Устройство для регулирования температуры, содержащее датчик температуры, связанный с первым регулятором температуры, оба выхода которого соединены с соответствующими входами блока управления, теплообменник, циркуляционный насос, байпасную линию с регулирующим клапаном и первый, второй, третий и четвертый отсечные клапаны, установленные на линиях соответственно подачи пара, подачи холодной воды, слива холодной воды и слива конденсата и соединенные управляющими входами с соответствующими выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры объектов с переходным запаздыванием, в него введены регулятор давления,подключенный выходом к управляющему входу регулирующего клапана байпасной линии, датчик давления, установлен 25 30 35 40 45 50 55 ный в линии подачи горячей воды иподключенный выходом к входу регулятора давления, датчик температурытеплоносителя, установленный на выходе теплообменника, второй регулятор температуры, подключенный входом к выходу второго датчика температуры теплоносителя,а выходом - куправляющему входу регулирующего клапана, установленного на линии подачигреющего теплоносителя в теплообменник, а также пятый, шестой и седьмойотсечные клапаны, установленные налиниях соответственно ограниченнойподачи пара, подачи горячей воды иобратной подачи теплоносителя, подключенные управляющими входами к соответствующим выходам блока управления,2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два промежуточных реле, два реле времени и семь электромагнитов управления клапанами, первые клеммы промежуточных реле, реле времени и электромагниты управления клапанами соединены с первой шиной питания, вторые клеммы первого и второго промежуточных реле соединены с другой шиной питания через соответственно замыкающий контакт, управляемый по первому входу блока, и размыкающий контакт, управляемый по второму входу блока, вторая клемма первого электромагнита управления клапанами соединена с другой шиной питания через замыкающий контакт первого промежуточного реле и через последовательно включенные размыкающий с выдержкой времени на размыкание контакт второго реле времени и первый размыкающий контакт второго промежуточного реле, вторая клемма второго электромагнита управления клапанами соединена с другой шиной питания через последовательно включенные замыкающий с выдержкой времени на замыкание контакт второго реле времени и размыкающий контакт первого промежуточного реле, вторые клеммы первого и второго реле времени соединены с другой шиной питания соответственно через второй замыкающий и третий размыкающий контакты второго промежуточного реле, вторая клемма третьего электромагнита управления клапанами соединена с второй клеммой пятого электромагнита9 1361519 1 Оуправления клапанами и с другой шиноймыкающий с выдержкой времени на разпитания черезпоследовательно вклю-, мыкание контакт,первото реле, времени,ченные замыкающий с выдержкой време. вторая клемма седьмого электромагнитани на замыкание:контактпервого реле управления клапанами соединена с дру 5во времени и первый замыкающий кон- гой шиной питания через второй размытакт второго промежуточного реле, кающий контакт второго промежуточновторая клемма четвертого электромаг- го реле, причем управляющие выходынита управления клапанами соединена первого, второго, третьего, четверс второй клеммой шестого электромаг О того, пятого, шестого и седьмогонита управления клапанами и с точкой электромагнитов управления клапанамисоединения замыкающего контакта пер- являются соответственно первым, пявого реле времени и замыкающего с тым, шестым, вторым, седьмым, третьвыдержкой времени на замыкание кон- им и четвертым выходами блока управтакта первого реле времени через раз- ления,7 Тираж 863 ПИИПИ Государственнрго комитетапо делам изобретенф и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб, д одписноСССР 4/5 рбизводств полиграфическое пре тие, г. Ужгород, ул. Проектна