Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 16615 ЕСПУБЛИ 6 В 25/22 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ кий кий ро ТИЧЕСКОГО УПМ СУШКИ ГРАНУ(54) СИСТЕМА АВТОМ РАВЛЕНИЯ ПРОЦЕСС ЛИРОВАННОЙ САЖИ (57) Изобретение относ ления процессамисушк зовано в производств сажи и позволяет павы тся к технике , может быть и х гранулиров ить надежнос рав- ольнной ь упшки. ность процесса равления и эк ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный научно-исследоватеинститут технического углерода и Озавод технического углерода(56) Авторское свидетельство СССРМ 1449811, кл. Е 26 В 25/22, 1987. Изобретение относится к технике управления процессами сушки сыпучих материалов в барабанных сушилках и может найти применение в производстве сажи.Цель изобретения - повышение надежности управления и экономичности процесса сушки,На фиг.1 представлена функциональная схема системы автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи; на фиг.2 - алгоритм функционирования логической части системы управления.Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи содержит смеситель-гранулятор 1, соединенный трубой 2 с внутренней полостью Для этого ведут подачу дополнительного теплового потока в зону А 1 загрузки барабана 3, которую устанавливают пропорционально расходу грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор 1 регулятором 35 соотношения, подачу теплового потока в зону А основного обогрева - пропорционально сглаженному значению расхода теплоносителя в зону Б вспомогательного обогрева, а в зону Б вспомогательного обогрева - в зависимости от температуры отработавшего теплоносителя на выходе барабана 3 регулятором 42, заданное значение которого корректируется регулятором 43 по температуре высушенных гранул сажи, В регуляторы 42 и 43 введены реле 42-5 и 43-5, которые отключают работу интегральной составляющей при достижении исполнительным механизмом 24 расхода топлива в зону Б крайних положений, 2 ил,сушильного барабана 3, обогреваемого снаружи камерой 4 обогрева, Ввод теплоносителя в барабан осуществляется через патрубок 5, а вывод отработанного теплоносителя - вентилятором 6 отсоса, В камере 4 обогрева размещены горелки 7-9, которые подают теплоноситель в зону А загрузки, зону А основного обогрева и зону Б вспомогательного обогрева. Подача топлива и воздуха к горелкам осуществляется по трубопроводам 10 - 15 соответственно, на которых установлены соответствующие датчики 16-21 расходов и исполнительные механизмы 22-24 и 25 - 27 регулирования расходов топлива и воздуха соответственно в зоны А 1, А и Б. Выходы пар датчиков 16 и5 10 19, 17 и 20, а также 18 и 21 соединены с входами регуляторов 28 - 30 соответственно соотношения расход топлива - расход воздуха на горение в зоны А 1, А и Б, а выходы регуляторов 28 - 30 - с управляющими входами соответствующих исполнительных механизмов 25-27 на газоходах подачи воздуха на горение в зоны А 1, А и Б, Выходы датчиков 17 и 18 расхода топлива соедине, ны также с входами регуляторов 31 и 32расхода топлива в зоны А и Б соответствен, но, а выходы последних связаны с управляющими входами соответствующих исполнительных механизмов 23 и 24. Расход грануляционной жидкости в смесительгрэнулятор 1 определяется расходомером 33, выход которого через блок 34 обратного , предварения соединен с первым входом ре гулятора 35 соотношения расход грануляцион ной жидкости - расход топлива в зону А 1, второй вход которого соединен с выходом датчика 16 расхода топлива в эту зону, а выход - с управляющим входом исполнительного механизма 22. Выход датчика 18 расхода топлива в зону Б соединен через блок 36 умножения на постоянный коэффициент и блок 37 обратного предварения с входом "Задание" регулятора 31 расхода топлива в зону А. Датчики 38 и 39 температуры отработавшего теплоносителя в трубопроводе 40 его отсоса и высушенных гранул в выгрузном патрубке 41 соответственно подключены к своим регуляторам 42и 43 по входам "Переменная". Регулятор 42 , выполнен из параллельно включенных по входу "Переменная" пропорционального 42-1, интегрального 42-2 и дифференциального 42-3 звеньев, выходы которых соединены с входами сумматора 42-4. Вход "Задание" интегрального звена 42-2 соединен с выходом реле 42-5, входы которого подключены ко входам "Переменная" 42-5-1 и "Задание" 42-5-2 регулятора 42. Регулятор 43 аналогичен регулятору 42, Выходы обоих регуляторов связаны с входами блоков 44 и 45 прямого предварения и первыми входами устройств 46 и 47 сравнения, вторые входы которых соединены с выходами блоков 44 и 45 прямого предварения, Выход устройства 46 сравнения подключен к первым входам элементов ИЛИ - НЕ 48 и И 49, а выход устройства 47 сравнения - к первым входам элементов И 50 и ИЛИ - НЕ 51. Выходы элементов ИЛИ-НЕ 48 и И 49 соединены с входами элемента ИЛИ 52, а выходы элементов И 50 и ИЛИ-НЕ 51 соединены с входами элемента ИЛИ 53, Выходы элементов ИЛИ 52 и 53 связаны с управляющими входами реле 42-5 и 43-5 (не показано). Выходы регулятора 32 стабилизации расхода 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 топлива в зону вспомогательного обогрева Б соединены с первыми входами устройств 54 и 55 сравнения, к вторым входам которых подключены задатчик 56 максимального значения сигнала и задатчик 57 минимального значения сигнала, а выходы их связаны с вторыми входами элементов И 48, И 50, ИЛИ - НЕ 48 и ИЛИ-НЕ 51, Кроме того, выход регулятора 42 подключен к выходу "Задание" регулятора 32, а выход регулятора 43 -к входу "Задание" регулятора 42.Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи работает следующим образом.Из смесителя-гранулятора 1, где сухая пылящая сажа при смешении с грануляционной жидкостью образует влажные гранулы, последние по трубе 2 поступают в барабан 3, в котором они высушиваются, постоянно перемещаясь к выходу, подвергаясь воздействию теплоносителя, просасываемого внутрь барабана 3 через патрубок 5 вентилятором 6, и взаимодействуя с внутренними стенками барабана 3, обогреваемыми снаружи горелками 7 - 9, Теплоноситель получают сжиганием топлива в избытке воздуха в режиме полного сгорания. Топливо и воздух поступают к горелкам 7 - 9 по соответствующим газоходам 10 - 15, В данном техническом решении дополнительно организована третья зона обогрева - зона А 1 в месте загрузки барабана наряду с зоной А основного обогрева и зоной Б вспомогательного обогрева. Назначение зоны А 1 - организация возможности введения упреждающего воздействия по количеству теплоносителя в ограниченной по длине барабана 3 загрузочной зоне по отношению к значительно распределенной по длине барабана 3 зоне А основного обогрева в зависимости от количества влаги, поступающей в барабан 3 из смесителягранулятора 1 с влажной гранулированной сажей, Расходы топлива и воздуха на горение контролируются соответствующими датчиками 16 - 18 и 19-21 расхода, а их соотношения в зонах А 1, А и Б поддерживают соответствующими регуляторами 28-30 путем изменения расходов воздуха посредством исполнительных механизмов 25-27 соответственно в зоны А 1, А и Б,Регуляторы 28-30 и 35 соотношения в статике реализуют зависимостьХвх 2 = КХвх 1 1) где К - коэффициент соотношения, который задается при настройке схемы.При этом Хвх является задающим параметром, а отслеживание соотношения производится по параметру Х 2, Для регу(3) 40 50 схему реле 42-5 и 43-5, Реле работают по , условию (на примере регулятора 42) Хвых 42 - 5 - 2 Хвых 42 - 5 - 1,Хвх 42 - 5 упр 0Хвх 42 - 5 упр 1 ф(8) ляторов 28 - ЗО задающим параметром является значение расходов топлива, измеряемое датчиками 16-18,а соотношения поддерживают коррекцией расходов воздуха на горение,Регулятор 35 устанавливает расход топлива в зону А 1 пропорционально сглаженному значению расхода грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор 1, измеренному расходомером 33. Сглаживание сигнала осуществляется блоком 34 обратного предварения по уравнению где Топ - параметр настройки;Хвх - входной сигнал;Хвых - сигнал на выходе блока, Цель сглаживания - устранение высокочастотных составляющих входного сигнала.Регуляторы 31 и 32 расхода топлива в зоны А и Б компенсируют возмущения по давлению топлива и линеаризуют расходные характеристики исполнительных механизмов 23 и 24, обеспечивая необходимую точность стабилизации заданных расходов топлива при любых смещениях их расходных характеристик. Эти регуляторы пропорционально-интегральные.(ПИ) и работают в соответствии с уравнением. юХвых- Кп Хвх+ Т 3 Хвхб 1,где Хвх и Хвых - входной и выходной сигналы регулятора,Кп - коэффициент усиления пропорциональной составляющей регулирующего воздействия;Ти - постоянная времени интегрирования, при этом Хвх= Хп- Хз, (4)где Хп - величина регулируемого параметХв - величина заданного значения регулируемого параметра,Регуляторы 28-30 и 35 соотношения вдинамике работают аналогично ПИ-регуляторам 31 и 32 согласно (3), но в качествевходного сигнала на первую группу регуляторов вводится величинаХвх -" К 1 Хвх 1 " К 2 Хвх 2 (5)где К 2/К 1 - К,Сигнал с датчика расхода топлива в зону Б проходит через блок 36 умножения напостоянный коэффициент для соблюдениянеобходимого по технологии соотношения 10 15 ятепловых потоков в зоны А и Б. Блок Зб умножения реализует зависимостьХвых = К Хвх (6) где К - постоянный коэффициент,Далее сигнал, пройдя через блок 37 обратного предварения, работающий аналогично блоку 34 обратного предварения и реализующий выделение низкочастотной составляющей, поступает в качестве задания на регулятор 31 расхода топлива в зону А основного обогрева. Данная связь необходима по следующей причине; изменение низкочастотной составляющей значения расхода теплоносителя в зону Б вспомогательного обогрева несет информацию о необходимости изменения количества теплоносителя в зону А основного обогрева.Регулятор 42, воздействуя на стабилизирующий контур расхода топлива на трубопроводе 12, по температуре отработавшего теплоносителя, измеряемой датчиком 38, регулирует температуру отработавшего теплоносителя на выходе из барабана 3 изменением величины вспомогательного теплового потока взону Б. Регулятор 43 по температуре высушенных гранул сажи, измеряемой датчиком 39 в выгрузном патрубке 41, корректирует заданное значение регулятора 42, обеспечивая точное поддержание требуемой по регламенту температуры высушенных гранул сажи, Регуляторы 42 и 43 включают пропорциональное (П) 42-1, интегральное (И) 42-2 и дифференциальное (Д) 42-3 звенья, выходные сигналы которых суммируются блоком 42-4. Они реализуют ПЛД-эакон регулирования1 б ХвхХвых = Кп Хвх+1 Хвхб 1+ Тпр 1 - (7)1 и С 1 1где Кп Хвх - пропорциональная составляющая регулятора подобно ПИ-регулятору (3), звено 42-1;1 Л ) Хвхс 1 т - интегральная составляющая регулятора подобно ПИ-регулятору (3), звено 42-2; Тп рб Хвх / 01 - дифферен циал ьна я составляющая регулятора, звено 42-3;Хвх = Хп- Хз.Регуляторы 42 и 43 выполнены с переменной структурой за счет введения в их Данное условие означает, что если управляющий сигнал реле 42-5 Ху,р = О, то к входу И-звена 42-2 подключено заданное значение параметра и его работа идет обычными элементов 44, 46, 48, 49 и 52 для регулятоРа 42 и 45,47,50, 51 и 53 для регулятора 43, выРабатываетсЯ сигнал Хвх 42 - 5 упр - 1 и работа И-звеньев регуляторов 42 и 43 прекращается вниду того, что в дальнейшем она в данной ситуации является ложной, не приводит к дальнейшему увеличению проходного сечения регулирующего органа ивызывает тем самым снижение качества управления.Точное представление о работе логических схем дает алгоритм,их работы (фиг.2).При этом анализ положения исполнительного механизма 24 на линии подачи топлива в зону Б осуществляется по величине сигна ла на его управляющем входе с помощью устройств 54 и 55 сравнения и задатчиков 56 и 57 предельных сигналов, общих для обоих регуляторов 42 и 43. Устройство 54 сравнения реализует условие с ивых - " . (9)Хеых =О, вх1Хвх 1 45 живых =.О,Хвых =1,Хвх - . О,Х х О,50 55 путем согласно выражению (1/Ти 3 Хвхбт), но если управляющий сигнал реле 42-5 Хупр = 1, то к входу И-звена 42-2 подключено текущее значение. При этом Хв = Хп или Хвх= = Хп - Хв .= О, т.е, процесс интегрирования блокируется, и величина интегральной составляющей (1/Ти 3 Хвхй) не изменяется. При этом П- и Д-звенья регуляторов 42 и 43 продолжают работать по обычному алгоритму,Выработка управляющего сигнала реле 42-5 и 43-5 осуществляется из следующего условия, Если исполнительный механизм 24 на линии подачи топлива в зону Б находится в одном из предельных положений (полностью открыт или полностью закрыт), а выходной сигнал любого из регуляторов 42 или 43 или обоих одновременно изменяется в направлении этого предельного положения, то логической схемой, состоящей из блоков Устройство 55 реализует условие Анализ знака изменения выходного сигнала реулятора 42 реализован схемой из блока 44 и устройства 46, а для регулятора 43 - схемой из элементов 45 и 47. Работает схема следующим образом (на примере регулятора 42). Выходной сигнал регулятора 42 подается параллельно на устройсво 46 сравнения и блок 44 прямого предварения, работающий по алгоритму 5101520(13) Ы 444 лвыхХвх 44 44 ХвыхХвх где цифровые индексы - номера блоков и элементов на фиг,1, При этом, если выходной сигнал регулятора 42 увеличивается, то величина скорости дхвх/от, вырабатываемая в блоке 44, имеет положительный знак и выполняется условие (12), В противном случае величина бх/бт отрицательна, и выполняется условие (13).Далее логический сигнал скорости изменения выходного сигнала регулятора 42 сравнивается с логическим сигналом положения исполнительного механизма 24. Данное сравнение выполнено на элементах ИЛИ - НЕ 48 и И 49 с последующим логическим суммированием на элементе ИЛИ 52, причем элемент ИЛИ - НЕ 48 реализует логическую функцию 0+0=1 0+1=0 1+0=0 1+1=0(1 4) элемент И 49 реализует функцию1+1 = 11+0=00+1=0 (1 5) 0+0=0элемент ИЛИ 52 - функцию1+1=11+0=10+1=1 (16) 0+0=0Для регулятора 43 аналогичные функции выполняют элементы И 50 и ИЛИ - НЕ 51. При этом, если исполнительный механизм 24 находится в крайнем открытом положении, то устройство 54 сравнения формирует сигнал "1" на вход элемента И 49, При положительной скорости изменения выходного сигнала регулятора 42 (т.е. направленной в сторону увеличения проходного сечения исполнительного механизма 24) с устройства 46 на второй вход элемента И 49 поступает сигнал "1". Совпадение двух единиц приводит к выработке управляющего сигнала "1", который, пройдя через элемент ИЛИ 52, поступает на вход реле 42-5 и переключает его. При этом на вход "Задание" интегрального звена 42-2 поступает сигнал "Переменная" 42-5-1, так же как и на5 10 15 20 40 45 50 55 вход звена 42-2 "Переменная". Равенство сигналов останавливает процесс интегрирования звеном 42-2. Если исполнительный механизм 24 расхода топлива перешел в промежуточное положение или знак скорости выходного сигнала регулятора 42 изменился на противоположный, то на одном или на обоих входах элемента И 49 присутствует "0", определяя выходной управляющий сигнал на реле 42-5 (42-5 упр), равный "0", что приводит к подаче через реле 42-5 на вход "Задание" звена 42-2 заданного значения и включения его тем самым в работу. В приведенных ситуациях с выхода элемента ИЛИ - НЕ 48 поступает сигнал "0", так как он вырабатывает "1" при наличии на обоих входах сигналов "0". Допустим, что исполнитбльный механизм 24 расхода топлива переместился в закрытое состояние, тогда устройство 55 вырабатывает сигнал "0", который поступает на вход элемента ИЛИ - НЕ 48, Если при этом скорость изменения регулирующего воздействия регулятора 42 отрицательная, то на второй вход элемента ИЛИ-НЕ 48 приходит тоже "0", после чего управляющий сигнал "1" через элемент 52 вновь переключает реле 42-5 и отключает работу интегрального звена 42-2 регулятора 42. Аналогично осуществляется регулирование температуры высушенных гранул,Пусть, например, увеличилась нагрузка на барабан 3 по количеству мокрых гранул, расход грануляционной жидкости в этом случае увели.ивается, и пропорционально ему с помощью регулятора 35 увеличивается подача теплоносителя в зону загрузки А 1, обеспечивая введение упреждающего воздействия. Зона А 1 существенно короче зоны основного обогрева, поэтому дополнительно поданный теплоноситель в зону А 1 воздействует на процесс сушки на коротком начальном участке барабана, не внося тем самым возмущения на зону А основного обогрева, Если этого дополнительного количества теплоносителя не хватит для компенсации возмущения по расходу грануляционной жидкости, то снижается температура отработавшего теплоносителя, поэтому регулятор 42 увеличивает количество теплоносителя в зону Б, Эта тенденция проявляется через фильтр и путем постепенного увеличения задания на регулятор 31 обеспечивает увеличение подачи теплоносителя в зону А основного обогрева, Регулятор 43, корректируя задание регулятору 42, обеспечивает точность регулирования температуры высушенных гранул.Формула и зоб ре те н и я Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи в прямоточной барабанной сушилке с позонным наружным обогревом, содержащая расходомеры топлива и воздуха на горение в зоны основного и вспомогательного обогревов, подключенные к входам соответствующих регуляторов соотношения расходов топлива и воздуха, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих исполнительных механизмов на трубопроводах подачи воздуха на горение, регуляторы расхода топлива в зоны основного и вспомогательного обогревов, к входам которых подключены расходомеры топлива в эти зоны, а к выходам - управляющие входы исполнительных механизмов на трубопроводах подачи топлива в эти зоны, датчики температуры отработавшего теплоносителя и высушенных гранул, соединенные с входами "Переменная" соответствующих регуляторов, каждый из которых содержит параллельно включенные пропорциональный, интегральный и дифференциальный элементы, выходы которых подсоединены к входам сумматора, выход которого является выходом регулятора, при этом вход "Задание" каждого регулятора выведен на пропорциональный элемент, причем выход регулятора температуры отработавшего теплоносителя соединен с входом "Задание" регулятора расхода топлива в зону вспомогательного обогрева, а выход регулятора температуры высущенных гранул - с входом "Задание" регулятора температуры отработавшего теплоносителя,выход расходомера топлива в зону вспомогательного обогрева через блоки умножения и обратного предварения подключен к входу "Задание" регулятора подачи топлива в зону основного обогрева, о т л и ч а ю щ а -я с я тем, что, с целью повышения надежности управления и экономичности процесса сушки, она дополнительно содержит датчики расхода подачи топлива и воздуха на горение в зоне загрузки барабана, два регулятора соотношения, расходомер грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор сажи, второй блок обратного предварения, четыре устройства сравнения, задатчик максимального значения сигнала, задатчик минимального значения сигнала, два элемента И, два элемента ИЛИ - НЕ, два элемента ИЛИ, два реле, два блока прямого предварения, при этом расходомер грануляционной жидкости подключен через второй блок обратного предварения к первому входу первого регулятора соотношения, датчик расхода топлива в зону загрузки барабана подключен к второму входу этого регулятора, а выход первого регулятора соотношения - к управляющему входу12 1661552 ЬРРАмпЮиийгюепажсимем Гюмццоннжидка исполнительного механизма на трубопроводе подачи топлива в зону загрузки барабана, к входам второго регулятора соотношения подключены датчики расхода топлива и воздуха на горение в зону загрузки барабана, э к выходу-управляющий вход исполнительного механизма на трубопроводе подачи воздуха на горение в эту зону Обогрева барабана, выход регулятора темйературы отработавшего теплоносителя подключен к входу первого блока прямрго предварения и к первому входу первого Злемента сравнения, второй вход которого связан с выходом первого блока пряМого предварения, а выход первого стройства сравнения связан с первыми , ходами первых элементов И и ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, а выход блока подключен к управляющему входу первого реле, выход регулятора температуры ,высушенных гранул связан с вторым блоком прямого предварения, который, в свою очередь, соединен с соответствующим устройством сравнения, элементами И, ИЛИ-НЕ, ИЛИ и реле, как и первый блок прямого предварения, первый вход первого реле соединен с входом "Задание" регуля тора температуры отработавшего теплоносителя, а второй вход первого реле соединен с входом "Переменная" этого регулятора, выход первого реле подключен к входу "Задание" интегрального элемента 10 этого регулятора, второе реле подключеноаналогично к регулятору температуры высушенных гранул, выход регулятора расхода топлива в зону вспомогательного обогрева подключен к первым входам третьего и чет вертого устройств сравнения, к второму входу третьего устройства сравнения подключен задатчик максимального значения сигнала, к второму входу четвертого устройства сравнения подключен задатчик 20 минимального значения сигнала, выходтретьего устройства сравнения соединен с вторыми входами элементов И, а выход четвертого - с вторыми входами элементов ИЛИ-НЕ.г1661552 Составитель 8. Полянскийецкая Техред М.Моргентал Корректо лии Редактор О,Ю изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 10 каз 2114 Тираж 428 Подйисное ВНИИПИ Государственного комитета оо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113 О 35, Москва, Ж, Раувская наб., 415