Способ автоматического регулирования выходного параметра объекта управления по возмущению на входе

)5 0 05 В 13/О л ЗОБР И ОПИСАН ВИДЕТЕЛЬСТ КО К АВ ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР)(56) Дианов В. Г. Автоматизация производственных процес ов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.М.; Химия, 1968, с. 24, рис. 1-4,(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО ПАРАМЕТРАОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ ПО ВОЗМУЩЕНИЮ НА ВХОДЕ(57) Изобретение относится к регулированиюнепрерывных технологических процессОв вхимической и нефтеперерабатывающей проИзобретение может применяться в химии, нефтепереработке, металлургии и теплоэнергетике.Известен способ автоматического регулирования выходного параметра обьекта управления по возмущению на входе, в соответствии с которым измеряют входные возмущающие воздействия, по известной зависимости от них и настроечного параметра этой зависимости формируют действующее задание на величину регулирующего параметра, измеряют текущее значение регулирующего параметра, сравнивают его с действующим заданием и по рассогласованию изменяютрегулирующий параметр.Недостатком этого способа является сложность его применения, связанная с тем, что оператор при формировании сигнала. пропорционального величине настроечмышленности. Цель изобретенйя - повышение оперативности и упрощение регулирования. Для этого вводят задание на величину регулирующего параметра в соответствии с требуемым изменением выходного параметра, По этому заданию и текущим значениям входных возмущающих воздействий по известной зависимости формируют настроечный параметр, Измеряют скорость изменения задания, фикси-. руют отрезки времени, в течение которых эта скорость отлична от нуля, и величину настроечного параметра для формирования действующего задания выбирают в. конеч ный момент каждого указанного отрезка времени. 4 ил. м ного параметра, должен вычислить значение этого настроечного параметра по текущим значениям входных параметров и по 4 значению регулирующего параметра, кото- Д рому, по его (оператора) мнению, должен ф ., был бы равняться регулирующий параметр ( р для достижения цели при данных значениях входных параметров, Сложность эта особенно возрастает в тех случаях, когда системой регулирования по возмущению навходе дополняют действовавший ранее контур регулирования регулирующего параметра, желая передать новой системе часть 1 действий оператора по корректировке ве 1 ичины регулирующего параметра в связи с изменениями входных параметров. В э 1 ом случае, как показывает опыт, сложностьдля оператора связана не только с необходимостью дополнительных наблюдений и вычислений по ним, но и с тем, что вычислять иформировать .вручную приходится некоторый новый непривычный дополнительныйпараметр, имеющий, как правило, сложнуюфизическую природу и непривычную размерность, вместо простого и привычного 5значения регулирующего параметра,Цель изобретения - повышение оперативности и упрощение регулирования прииспользовании способа автоматическогорегулирования по возмущению на входе 10оператором-технологом,С этой целью вводят задание на величину регулирующего параметра в соответствии с требуемым изменением выходногопараметра, по этому заданию и текущим 15значениям входных возмущающих воздействий по упомянутой зависимости формиру-ют настроечный параметр; измеряютскорость изменения задания, фиксируют отрезки времейи, в течение которых измеренная скорость отлична от нуля, и величинунастроечного параметра для упомянутогоформирования действующего задания выбирают в конечный момент каждого упомянутого отрезка времени.25Введение операции автоматическогоформирования сигнала, пропорционально-го значению настроечного параметра, посигналу, пропорциональному значениюформируемого вручную задания на регулирующий параметр, и по сигналам, пропорциональным значениям входныхпараметров, освобождает оператбра отсложностей дополнительных наблюдений ивычислений. а выбор (запоминание) этого 35автоматйчески сформированного сигналатолько в конечные моменты отрезков времени, когда оператор изменяет задание на величину выходного параметра, обеспечиваетнезависимость настроечного параметра от 40входных параметров во все остальное время. Упомянутое запоминание (пе резэпоминание) пройсходит действительно только вконечные моменты вмешательства оператора, поскольку только в течение отрезков 45времени, когда оператор изменяет задание,упомянутая скорость отличается от нуля,Примеры конкретного выполнения способа и реализующих его систем иллюстрируются схемами нэ фиг, 1-4, 50Изображенный на фиг. 1 и 2 теплообменник 1, в котором обмениваются тепломнагреваемый и нагревающий потоки, снаб-.жен расходомером нагревающего потока 2,расходомером нагреваемого потока 3, термометром 4,на выходе нагреваемого пбтока,регулятором расхода нагревающего потока5, формирователем задания на величину регулирующего параметра (в данном случае -нагревающего потока) 6 и клапаном 7,Здесь расход нагреваемого потока -входной параметр, расход нагревающегопотока - регулирующий параметр, Температура нагреваемого потока, являющаяся параметром объекта управления, - мераэффективности управления объектом.Способ-прототип реализуется схемойна фиг. 1. На этой схеме 8 - зэдатчик настроечного параметра. Система работает следующим образом. Исходя из допущения о том,что температуры нагревающего и нагреваемого потоков на входе в теплообменник постоянны, оператор выбирает отношениерасхода нагревающего потока к расходу нагреваемого потока таким, чтобы на выходенагревэемого потока установилась нужнаяему температура. Это отношение и являетсянастроечным параметром, и оператор вводит его в систему ручным задатчиком 8,По сигналу, пропорциональному входному параметоу - расходу нэгреваемого потока и по" настроечному параметру -выходному сигналу задатчика 8, формирователь 6 формирует сигнал, пропорциональный заданию на расход нэгревающегопотока; направляемый на вход регулятора 5,на другой вход которого поступает выходрасходомера регулирующего потока 2. Регулятор 5 спомощью клапана 7 поддерживает.нужный расход.Температура нагреваемого потока навыходе теплообменникэ контролируетсятермометром 4,Формирователь 6 представляет собойсерийно выпускаемый блок перемножениядвух переменных сигналов. В пневмоварианте это может быть прибор ПФ 1,18 системы "Старт" завода Тизприбор.Б результате работы системы, если расход нагреваемого потока возрастает, автоматически возрастает и расходнагревающего потока, Если температуранагреваемого потока падает, оператор вручную изменяет настроечный параметр (увеличивает отношение расходов) с помощьюзадатчика 8.Предлагаемый способ реализуется схемой, представленной на фиг, 2, Нэ этой схе-.ме все элементы с 1 до 7 имеют то женазначение, что и нэ фиг. 1. Здесь 9 - ручнойзадатчик регулирующего параметра (расхода нагревающего потока), 10 - блок подготовки системы к изменению настроечногопараметра, 11 - автоматический формирователь настроечного параметра и 12 - блокзапоминания,В этой схеме, ручной задэтчик 9 имеетшкалу и размерность датчика и регуляторарегулирующего параметра, Выходной сигнал этого задатчика поступает на вход авто20 30 35 40 50 матического формирователя настроечного параметра 11, на другой вход которого поступает сигнал, пропорциональный расходу нагреваемого потока (входной параметр). Вданном случае формирователь - серийно выпускаемый делительный блок. В пневмоварианте - это уже упомянутый ПФ 1,18, Делением выходного сигнала эадатчика 9 на сигнал расходомера 3 система "узнает", какой величине настроечного параметра саатветствует величина расхода нагревающего потока, которую оператор считает нужным установить" для достижения заданной температуры, Соответственная величина сигнала устанавливается на выходе : формирователя 11.Одновременно выходной сигнал ручйого задатчика 9 поступает в блок подготовки системы к изменению настроечного параметра 10. В пневмоварианте системы этот блок имеет схему, представленную на фиг.3. Все блоки этой схемы - серийно выпускаемые приборы системы "Старт" завода Тизприбор: 13 - блок предварения ПФ 2; 14 - 16- сумматоры ПФ,1, 17 - блок умножения на постоянный коэффициент ПФ 1,9, Выход блока 13 соединен с отрицательным входом блока 14 и положительным входом блока 15, Выход ручного задатчика соединен с входом блока 13, положительным входом блока.14 и отрицательным входом блока 15, Выходы блоков 14 и 15 соединены с положительными входами блока 16, выход которого поступает в блок 17, Выход блока 17, настроенного на большой коэффициент схемы на фиг, 3, является выходом всего блока подготовки 10 схемы на фиг, 2,Благодаря описанному соединению в те моменты времени, когда выход ручного задатчика регулирующего параметра остается постоянным, выходные сигналы блоков 14 - 17 остаются равными нулю, Когда выход ручного задатчика растет, выход блока 13 больше входа, и поэтому на выходе блока 14 сигнал равен нулю, на выходе блоков 15 и 16 появляется некоторый ненулевой сигчал,а на выходе блока 17 устанавливается единица. Когда выход ручного задатчика падает, выход блока 13 меньше входа, и поэтому на выходе блока 14 появляется некоторый ненулевой сигнал. а на выходе блока 15 сигнал равен нулю. (В пневмосистемах отрицательных сигналов реализовать нельзя), В результате на выходе блока 16 устанавливается ненулевой сигнал, а на выходе блока 17- единица,Выходной сигнал (единица) блока подготовки схемы к изменению настроечного параметра "отпирает" блок запоминания 12, В этом состоянии сигнал на выходе бло 510 ка 12 равен входному сигна.-у этого блока. Когда единица на выходе блока 10 пропадает (заменяется на ноль), блок 12 "запирается" и сохраняет на своем выходе значение настроечного параметра, соатветствующее заданию на величину рвгулирующего параметра, введенного в систему оператором в момент, когда он в последний раэ вращал (перемещал) рукоятку эадатчика 9.Запомненное значение настроечного параметра, будучи постоянным, не изменяется и тогда, когда величины входных параметров изменяются, и изменяется вместе с ними выход формирователя 11.В качестве блока запоминания можно использовать элемент Псистемы УСЗППФ завода Тизприбор, Запомненное значение настроечного параметра поступает в автоматический фор- . мирователь задания регулирующему параметру 6, который работает так же,.как и в схеме, реализующей для теплообменника способ-прототип,В результате, хотя настроечный параметр без вмешательств оператора не изменяется, задание регулирующему параметру изменяется вслед за входным параметром(вслед за возмущением на входе), чем и достигается компенсация влияния изменений входного параметра (расхода нагреваемого потока) на выходной параметр (температуры нагреваемого йотока навыходе).Применение предлагаемого способа может существенно облегчить оператору эксплуатацию системы, реализующей способ регулирования по возмущению на входе. В этом случае управляемыМ объектом(см. фиг, 4) является ректификационная колонна 1 для разделения нефти на бензин, отбираемый с верха колонны через конденсатор 1 а и рефлюксную емкость 1 б, керосин, отбираемый через верхний стрйппинг 1 в, дизельное топливо зимнее (ДТЗ), отбираемое из колонны 1 через стриппинг 1 г, дизельное топливо летнее (ДТЛ), отбираемое через стриппинг 1 д. Регулирующим параметром (одним из регулирующих параметров) является расход ДТЛ. Выходным параметром объекта управления является показатель качества ДТЛ - температура конца кипения; котораяизмеряется, но в автоматическом регулировании не участвует (регулирование "по обратной связи" отсутствует). Возмущающими воздействиями являются изменения расходов нефти по пяти патокаМ и изменения расходов трех вышеатбираемых продуктов,Для таких колонн рекомендуется САР, в которой расход бокового продукта изменяют так, чтобы отношение суммы расхосовданного и всех вышеотбираемых продуктовсырья оставалось равным некоторой постоянной величине, которую оператор долженизменять, когда он желает изменить температуру конца кипения данного бокового 5продукта.В тех случаях, когда рекомендуемую систему внедряют на действующей установке,где технологическим персоналом операторами) накоплен опыт, позвбляюший зффективно поддерживать температуру концакипения, например, ДТЛ, изменяя заданиенепосредственно на расход ДТЛ, переход куправлению через новое понятие "отношение суммарных расходов", представляет, 15как показывает опыт, для оператора значительные психологические трудности,Применение предлагаемого способапозволяет избежать этих трудноСтей.Система, реализующая предлагаемый 20способ,. для колонны см. фиг. 4) содержит: такие же элементы, как и система для теплообменника см. фиг. 2). При этом использо. ваны те же цифровые обозначения: датчик. регулирующего параметра - расходомер 25ДТЛ обозначен цифрой 2, датчики возмущающих воздействий - цифрой 3 (За, б, в; г, д- расходомеры сырья, 3 ж, з; и - расходомеры вышеотбираемых продуктов, сумматорЗе является как бы датчиком суммарного 30расхода сырья, а сумматор Зк - как бы датчиком суммарного расхода бензина, керосина и ДТЗ). Далее, система содержит датчикподдерживаемого оператором параметра -температуры конца кипения ДТЛ 4, регулятор регулирующего параметра (расходаДТЛ 4) 5, формирователь задания на величйну регулирующего параметра 6, клапанрегулирующего параметра 7, ручной задатчик регулирующего параметра расхода 40ДТЛ) 9, блок подготовки системы к измейению настроечного 1.параметра 10, автоматический формирователь настроечногопараметра 11 и блок запоминания 12,45Регулятор 5, блоки 10 и 12 могут иметь:такое же исйолнение, как в системе регулирования теплообменника, и работают потаким же алгоритмам,Формирователь регулирующего параметра 6. выделенный на фиг, 4 штриховымконтуром, имеет здесь более сложное исполнение, чем на фиг. 2; он сам состоит изблока умножения 6 а, такого же, как и весьформирователь на фиг, 2, и дополнительного сумматора 6 б, Аналогично автоматический формирователь настроечного параметра 11 состоит из сумматора 11 а делительного блока 116, описанного при раскрытии формирователя настроечного параметра в САР теплообменника,Система работает следующим образом,Расходомеры За, б, в, г, и д измеряют расходнефти, блок Зе формирует сигнал, пропорциональный суммарному расходу сырья.Расходомеры Зж, 3, и измеряют расходыбензина, керосина и ДТЗ, а блок Зк форми.рует сигнал. пропорциональный сумме ихрасходов.Оператор с помощью задатчика 9 вводит сигнал, пропорциональный такой величине расхода ДТЛ, которая обеспечиваетнужное ему изменение поддерживаемогопараметра. В сумматоре 11 а формирователя 11 этот сигнал складывается с сигналом,пропорциональным суммарному расходувышеотбираемых продуктов, и на выходе11 а формируется сигнал, пропорциональный такому значению суммы. расходов ДТП,ДТЗ, керосина и бензина, которое задал быоператор, если бы вместо задатчика 9 имелбы в своемраспоряжении задатчик суммарного расхода продуктов. В блоке деления11 б формируется отношение суммарногорасхода ДТЛ, ДТЗ, керосина и бензйна ксуммарному расходу сырья, которое опера-:тор задал бы ручным задатчиком настроечного параметра, если бы система имелатакой задатчик. Однако для этого он долженбыл бы сам собрать информацию о расходахсырья по нескольким потокам, о расходахвышеотбираемых продуктов и произвестинеобходимые вычисления.Блок 10 может быть выполнен так же,как и в системе регулирования теплообменника на фиг,2; схема которого представленана фиг. 3, Блок 10 вырабатывает 100 О сигнал на своем выходе в моменты времени,когда выходной сигнал задатчика 9 изменяется, т.е, тогда, когда оператор вращает илиперемещает рукоятку задатчика 9. По выходному сигналу блока 10 блок запоминания 12 запоминает значение настроечногопараметра, сформированного в блоке 11 вмомент, когда оператор изменял задание спомощью задатчика 9. По значениям настроечного параметра, суммарного расходасырья и суммарного расхода вышеотбираемых продуктов блок 6 формирует задание нарасход регулирующего параметра - расходаДТЛ.Блок 6 в системе управления колоннойотличается от аналогичного блока с тем женомером в системе регулирования теплообменника: кроме блока умножения ба, в кото- .ром формируетсз задание на суммарныйраСход продуктов, он содержит сумматорбб, в котором вычитанием из задания насуммарный расход продуктов текущего значения суммы расходов вышеотбираемых продуктов формируется задание на расход ДТЛ, Это задание отрабатывается регулятором 5, воздействующим на клапан 7,Настройка блоков, обеспечивающих реализацию отличительных признаков предполагаемого изобретения, проста. Коэффициенты настройки формирователя настроечного параметра вычисляются по максимумам шкал соответствующих расходомеров. Настройка дифференцирующего звена в блоке подготовки системы к изменению настроечного параметра должна обеспечивая, с одной стороны, восприимчивость системы даже к малым изменениям заданий оператора, а с другой - нечувствительность к случайным колебаниям выходного сигнала ручного задатчика. Опытным путем определено, что эти свойства обеспечиваются при величине времени дифференцирования 0,4 мйн,Из приведенного примера видно, что для операторов, привыкших к регулированию температурй конца кипения ДТЛ посредством изменейия задания на расход . ДТЛ в системе управления, состоящей из одноконтурных регуляторов, внедрение новой более эффективной системы, автоматически корректирующей расход ДТЛ по многим возмущениям в данном примере - по восьми), никак не изменяет с точки зрения оператора его вмешательство в процесс регулирования - он, как и раньше, имеет возможность изменять задание на расход ДТЛ и избавлен от необходимости вычислять величину изменения отношения суммы расходов продуктов к суммарному расходу сырья,Экономическая эффективность способа 5 создается за счет улучшения его эксплуатационных свойств. Формула изобретения Способ автоматического регулирования 10 выходного параметра объекта управления .: по возмущению на входе, в соответствии скоторым измеряют входные возмущающие воздействия, по известной зависимости от .: них и:настроечйого параметра этой зависи мости Формируют действующее задание навеличину регулирующего параметра. измеряют текущее значение регулирующего параметра, сравнивают его с действующим заданием и по рассогласованию изменяют 20 регулирующий параметр, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения оперативности и упрощения регулировзния, вводят задание на величину регулирующего параметра в соответствии с требуемым измене нием выходного параметра, по этомузаданиюи текуЩим значениям входных возмущающих воздействий по упомянутой зависимости формируют настроечный параметр, измеряют скорость изменения 30 задания, фиксируют отрезки времени, в течение которых эта скорость отлична от нуля, и величину наСтроечного параметра для .упомянутого формирования действующего задания выбирают в конечный момент каж дого упомянутого отрезка времени.1783472 оставитель В.Лобзовехред М.Моргентал Редактор Г,Бельск ктор А.Коза водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород гарина,аз 4514 ТиражВНИИПИ Государственного комит113035, Москва Подписноепо Изобретениям и открцтиям при ГКНТ СССР