СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СГУЩЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B01D21/24 G05D27/00 

Изобретение относится к области производства глинозема и, в частности, к автоматическому управлению сгущением пульп и растворов при комплексной переработке нефелина и может быть использовано в других отраслях промышленности со сходной технологией.

Известна система автоматического управления работой сгустителя, реализующая способ по а.с. N 619198, которая содержит устройство для периодического через заданные промежутки времени включения выгрузки и выключения ее при достижении заданной плотности разгружаемого продукта, при этом измерения плотности производят, спустя заданное время после включения выгрузки. Вход устройства соединен с выходом задатчика плотности, а вход задатчика с выходом измерителя плотности разгружаемого продукта.

Недостатком системы является то, что при фиксированных длительности периода включения и плотности, при которой производят отключение выгрузки, максимальное значение плотности выгружаемого продукта меняется в зависимости от расхода пульпы питания или от свойств и количества содержащейся в ней твердой фазы.

Известна близкая по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению система управления процессом сгущения, описанная в авторском свидетельстве N 1285665, содержащая последовательно соединенные измеритель плотности, первый ключ, устройство для периодического через заданные промежутки времени включения выгрузки и выключения ее при достижении заданной плотности выгружаемого продукта переключением второго ключа и выключения первого ключа с установленной выдержкой времени после включения выгрузки и включения его после отключения выгрузки, второй ключ и исполнительное устройство, последовательно соединенные арифметический блок для определения максимального значения измеряемой плотности, третий нормально закрытый по отношению к второму ключу ключ, корректор заданного значения плотности, блок памяти и сумматор. При этом вход арифметического блока через первый ключ соединен с выходом измерителя плотности, а выход сумматора соединен с входом устройства для периодического включения и выключения выгрузки.

Недостатком системы является то, что заданной выдержки времени не всегда достаточно для того, чтобы текущая измеряемая плотность достигла заданного значения плотности выгружаемого продукта, что приводит к отключению выгрузки на начальной стадии работы системы, а также то, что расчет заданного значения плотности выгружаемого продукта для каждой последующей выгрузки производится с учетом заданного максимального значения плотности выгружаемого продукта, что значительно уменьшает точность поддержания среднего максимального значения плотности при выгрузке.

Поскольку предлагаемая система управления не вытекает явным образом из известного уровня техники, то отсюда следует, что она имеет изобретательский уровень.

Задача изобретения состояла в создании системы управления процессом сгущения, обеспечивающей снижение на 5 10% колебаний максимального значения плотности выгружаемого продукта, что, в конечном итоге, приводит к снижению энергозатрат на перекачку сгущаемого продукта.

Это достигается тем, что система управления процессом сгущения, содержащая ключ, устройство для периодического через заданные промежутки времени включения и выключения ключа, последовательно соединенные через ключ измеритель плотности и арифметический блок для определения максимального значения измеряемой плотности, исполнительное устройство, а также последовательно соединенные корректор заданного значения плотности, блок памяти и сумматор, при этом второй вход сумматора соединен с задатчиком плотности на отключение выгрузки, содержит дополнительный арифметический блок, имеющий четыре входа и два выхода, первый и второй задатчики интегральных промежутков, логический блок, управляющий работой исполнительного устройства, имеющий пять входов и четыре выхода, и задатчик плотности на включение выгрузки, при этом измеритель плотности через ключ соединен с первым входом логического блока, выход арифметического блока соединен с входом корректора, выход сумматора соединен с вторым входом логического блока, первый выход логического блока соединен с исполнительным устройством, а второй и третий выходы соединены с первым и вторым входами дополнительного арифметического блока, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым задатчиками интегральных промежутков, а два выхода соединены с третьим и четвертым входами логического блока, пятый вход последнего соединен с задатчиком плотности на включение выгрузки, а четвертый выход логического блока соединен с устройством включения и выключения ключа.

Таким образом, логический блок периодически вырабатывает управляющие сигналы исполнительному устройству, включающему выгрузку сгущаемого продукта, устройству включения и выключения ключа, последнее замыкает нормально открытые контакты ключа, соединяя измеритель плотности с логическим блоком, дополнительному арифметическому блоку. Сигнал на включение выгрузки поступает с логического блока только в случае, если дифференциал больше нуля, измеряемая плотность больше граничного значения и отпущенное на разгрузку время не истекло. Во всех остальных случаях логический блок вырабатывает сигнал устройству включения-выключения выгрузки на отключение разгрузки. Причем значение измеряемой плотности сравнялось или стало больше величины значения плотности, заданной на отключение, а рассчитываемый при этом dp/dt 0 считается максимальным значением плотности. На основании полученного максимального значения плотности определяют поправку P, значение которой затем используют для корректировки плотности на отключение выгрузки. Цикл выгрузки закончится в момент, когда измеряемая плотность сравняется с заданной на отключение, найденной в процессе выгрузки на этом же этапе.

Применение логического блока приводит к тому, что устройство не включения-выключения выгрузки не отключает выгрузку до тех пор, пока dp/dt не станет меньше нуля в начальный период выгрузки, что исключает случайные отключения выгрузки при медленном нарастании плотности. При неоправданных отключениях выгрузки максимальная плотность на следующем такте выгрузки возрастает, что приводит к увеличению среднего значения плотности выгружаемого продукта. Использование дополнительного арифметического блока позволяет отключить выгрузку, если на первом участке выгрузки, когда плотность увеличивается от P 0 до P1*, или на втором участке, когда плотность растет от P P1* до P P_max, продолжительность участка превышает установленные t₁ или t₂ значения. Это также позволяет ограничить по времени указанные участки. Последнее приводит к некоторому увеличению максимального значения плотности на следующем такте выгрузки и последующему за этим снижению величины P2* и более полной выгрузке сгущаемого продукта, что, в конечном итоге, также уменьшает колебания среднего значения плотности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены блок-схема системы управления процессом сгущения (фиг. 1), блок-схема логического блока (фиг. 2), блок-схема дополнительного арифметического блока (фиг. 3).

Система содержит сгуститель 1 типа П-24, исполнительное устройство 2, состоящее из запорного клапана и исполнительного механизма типа МЭКО, устройство 3 для периодического через заданные промежутки времени включения и выключения ключа типа МРВ, ключ 4, измеритель плотности 5 радиоактивного типа, арифметический блок 6 для определения максимального значения плотности P_max выгружаемого продукта, корректор заданного значения плотности 7, блок памяти 8, сумматор 9 типа A04, задатчик плотности на отключение выгрузки 10 типа ЗУ-05, дополнительный арифметический блок 11, логический блок 12, управляющий работой исполнительного устройства, задатчик плотности на включение выгрузки 13 типа ЗУ-05, задатчики интегральных промежутков 14 и 15 типа ЗУ-05.

Блоки 7, 8, 11 и 12 могут быть выполнены программным путем с помощью контроллера типа "Ломиконт" либо с помощью стандартных логических элементов И-ИЛИ-НЕ и аналоговых ключей.

Выход сгустителя 1 соединен с исполнительным устройством 2. Выход датчика 5 через ключ 4 соединен с входом блока 6, с первым входом логического блока 12. Ключ 4 соединен с блоком 3. Выход блока 6 соединен с входом блока 7. Выход блока 7 соединен с входом блока 8. Выход блока 8 соединен с первым входом блока 9, второй вход которого соединен с задатчиком плотности на отключение выгрузки 10. Выход блока 9 соединен с вторым входом блока 12. Первый выход блока 12 соединен с исполнительным устройством 2. Второй и третий выходы логического блока 12 соединены с первым и вторым входами дополнительного арифметического блока 11, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с задатчиками интегральных промежутков 14 и 15. Два выхода дополнительного арифметического блока 11 соединены с третьим и четвертым входами логического блока 12, пятый вход которого соединен с задатчиком плотности на включение выгрузки 13. Четвертый выход логического блока 12 соединен с устройством включения и выключения ключа 3.

Система работает следующим образом. Логический блок 12 периодически вырабатывает управляющие сигналы U исполнительному устройству 2, включающему выгрузку сгущаемого продукта, устройству включения и выключения ключа 3. Последнее замыкает нормально открытые контакты ключа 4, соединяя измеритель плотности 5 с логическим блоком 12. В логическом блоке 12 производят сравнение измеряемой плотности P с заданной плотностью на включение выгрузки P1*, значение которой подается в логический блок задатчиком 13, и с заданной плотностью на отключение выгрузки P2*, значение которой подается в логический блок с сумматора 9. Одновременно с подачей управляющего воздействия U исполнительному устройству 2 и блоку включения и выключения ключа 3 логический блок 12 вырабатывает сигнал L₁ 1 дополнительному арифметическому блоку 11 на начало интегрирования. В дополнительном арифметическом блоке 11 производят расчет интегральной суммы и сравнивают ее с t₁, где t₁ промежуток интегрирования, подаваемый с задатчика 14. До тех пор, пока S₁<t₁, на вход логического блока 12 подают S₁₁ 1, как только S₁ становится равной t₁, величина S₁₁ становится равна 0. При этом величина L₂ становится равна 1 и во втором арифметическом блоке 11 производят расчет интегральной суммы и сравнивают ее с t₂, подаваемого с задатчика 15. До тех пор, пока S₂<t₂, на вход логического блока 12 подают S₂₁ 1, как только S₂ становится равной t₂, величина S₂₁ становится равна 0. Вырабатываемый логическим блоком 12 сигнал U исполнительному устройству может быть равен 0, если выгрузка сгущаемого продукта не разрешена, и 1, если разрешена. U 1 в случаях, когда
1) P<P1*, где P измеряемая плотность, P1* заданная на включение выгрузки;

2) P>P1*;

3) P>P2*, где P2* заданная плотность на отключение выгрузки; S₂₁ 1; dp/dt<0.

Во всех остальных случаях U 0 и выгрузка не производится. Причем, если P>P2*, а рассчитываемый в арифметическом блок 6 dp/dt 0, то поступившее при этом на арифметический блок 6 с датчика 5 значение измеряемой плотности считают максимальным P_maxj на j-ом цикле разгрузки. Найдено значение - поправка P:

где максимальное значение плотности выгружаемого продукта, полученное на предыдущем (j-1)-ом цикле разгрузки;
A₁, A₂ коэффициенты пропорциональности, найденные при настройке системы по минимизации квадратичного критерия относительно P_max, после чего запоминают величину Сигнал P подают в блок памяти 8, в котором его запоминают, а затем в сумматор 9, в котором находят значение плотности на отключение выгрузки:
P2^* = P₂(O)+ΔP (2)
где P2(O) граничное значение плотности на отключение выгрузки, подаваемое на вход сумматора с задатчика 10.

Полученное значение P2* подают на вход логического блока 12.

Логический блок представлен чертежом (фиг. 2). В состав логического блока входят дифференциатор 16 типа Д03, блок нелинейности 17 типа Н02, блок сравнения 18 типа А04, в котором производят сравнение измеряемой плотности P со значением плотности при открытии выгрузки P1*, блок нелинейности 19 типа Н02, блок сравнения 20 типа А04, в котором производят сравнение измеряемой плотности P со значением при закрытии выгрузки P2*, блок нелинейности 21 типа Н02, три логических блока И: И1 блок 22, И2 блок 23, И3 блок 24, два инвертора 25, 26, логический блок ИЛИ блок 27 и аналоговый ключ 28.

На первый вход X1 блока 22 поступает величина S₁₁. На первые входы X4 блоков 23 и 24 поступает величина S₂₁. На вход блока 16 и на первые входы блоков 18 и 20 поступает значение измеряемой плотности P. Выход блока 16 соединен с входом блока 17, выход которого соединен с вторым входом блока 22, с вторым входом блока 23, с входом инвертора 25, выход последнего соединен с вторым входом блока 24. На второй вход блока 18 поступает значение плотности при открытии выгрузки P1*. Выход блока 18 соединен с входом блока 19, выход последнего соединен с третьим входом блока 22 и с входом блока 26, выход которого соединен с третьим входом блока 23. На второй вход блока 20 поступает значение плотности при закрытии выгрузки P2*. Выход блока 20 соединен с входом блока 21, выход последнего соединен с третьим входом блока 24. Выход блока 22 соединен с первым входом блока 27. Выход блока 23 соединен с вторым входом блока 27. Выход блока 24 соединен с третьим входом блока 27, выход последнего соединен с вторым входом блока 28, на первый вход которого с источника питания подают единицу. Выход блока 28 U является выходом логического блока.

Логический блок работает следующим образом. Сигнал X1 поступающий на вход блока 22, имеет значение 0 или 1. Поступающее на вход блока 16 измеряемое значение плотности P дифференцируют, полученное значение дифференциала передают на вход блока нелинейности 17. Если dp/dt≥0, то подаваемый с блока 17 на блоки 22, 23, 25 сигнал X2 равен 1, причем инвертор 25 преобразует сигнал X2 1 в 0 и на блок 24 поступает X7 0. Если dp/dt<0, то на блоки 22, 23, 25 подают сигнал X2 0, причем подаваемый на блок 25 X2 0 преобразуется в единицу и на блок 24 поступает Х7 1. В блоке 18 измеряемое значение плотности сравнивают со значением плотности на включение выгрузки P1*. Затем полученное значение ΔP1^* передают на вход блока нелинейности 19. Если P<P1*, то подаваемый с блока 19 на блоки 22, 26 сигнал X3 равен 0, причем подаваемый на блок 26 X3 0 преобразуется в единицу и на блок 23 поступает X6 1. Сигнал X4, поступающий на входы блоков 23, 24, имеет значение 1 или 0. В блоке 20 измеряемое значение плотности P сравнивают со значением плотности на отключение выгрузки P2*. Затем полученное значение ΔP2^* передают на вход блока нелинейности 21. Если P>P2*, то подаваемый с блока 21 на блок 24 сигнал X5 равен 1. Если P<P2*, то X5 0. Блок 22 вырабатывает сигнал Y1 1, когда X1, X2, X3 равны 1, и Y 0, когда один из сигналов X1, X2, X3 равен 0. Блок 23 вырабатывает сигнал Y2 1, когда X4, X2, X6 одновременно равны 1, и Y2 0, когда хотя бы один из сигналов равен 0. Блок 24 вырабатывает сигнал Y3 1, когда X4, X7, X5 одновременно равны 1, и Y3 0, когда хотя бы один из сигналов X4, X7, X5 равен 0. Сигналы Y1, Y2, Y3 поступают на входы блока 27, причем, если один из сигналов равен 1, то два других 0. Если хотя бы один из сигналов Y1, Y2, Y3 равен 1, то с блока 27 на вход блока 28 поступает Y4 1, а затем с блока 28 поступает управляющий сигнал U 1 исполнительному устройству 2, которое включает выгрузку продукта из сгустителя. Если Y1, Y2, Y3 одновременно равны 0, а это происходит при P<P2* и при Y1 и Y2, равных нулю, то с блока 27 на вход блока 28 поступает Y4 0, при этом на входе блока 28 U равно нулю.

Циклограмма работы логического блока представлена в таблице 1.

Дополнительный арифметический блок представлен чертежом (фиг. 2). В состав дополнительного арифметического блока входят аналоговые ключи 29, 30, интеграторы 31, 32, блоки нелинейности 33, 34 типа H 02.

На первые входы блоков 29, 30 от источника питания поступает сигнал, равный единице. На вторые входы подают сигналы на начало интегрирования L₁ и L₂ соответственно. Выход блока 29 соединен с первым входом блока 31 и с вторым входом блока 32. Выход блока 30 соединен с первым входом блока 32 и с вторым входом блока 31. Выход блока 31 соединен с первым входом блока 33, на второй вход которого подают значение t₁. Выход блока 33 является первым выходом дополнительного арифметического блока. Выход блока 32 соединен с первым входом блока 34, на второй вход которого подают значение t₂. Выход блока 34 является вторым выходом дополнительного арифметического блока.

Работу дополнительного арифметического блока осуществляют следующим образом. Сигналы L₁ и L₂ могут принимать значение 0 или 1, причем, если L₁ 1, то L₂ 0 и наоборот. Если L₁ 1, то в интеграторе 31 производят расчет интеграла значение которого затем подают на вход блока нелинейности 33 и сравнивают в нем с t₁, при t t₁ значение S₁ t₁. До тех пор, пока S₁<t₁, в дополнительном арифметическом блоке вырабатывают сигнал S₁₁ 1. Как только значение S₁ становится равным t₁, сигнал S₁₁ становится равным нулю. При подаче сигнала L₂ 1 L₁ приравнивают к 0, а в интеграторе 32 производят расчет , значение которого затем подают на вход блока нелинейности 34 и сравнивают в нем с t₂, при t t₂ значение S₂ t₂. До тех пор, пока S₂<t₂, дополнительным арифметическим блоком вырабатывается сигнал S₂₁ 0. Циклограмма работы дополнительного арифметического блока представлена в таблице 2.

Таким образом, цикл выгрузки закончится в момент, когда P сравняется с P2*, найденным в процессе выгрузки в этом же цикле. Расход питания в сгустителе может меняться в пределах 150 300 т/час.

Продолжительность промежутка времени между включениями выгрузки зависит от характера сгущаемой пульпы, контролируется логическим блоком и может меняться от минут до десятков минут. Значения P1*, P2 (0), P_max также зависят от характера сгущаемого продукта и могут меняться в пределах 1,25 - 1,45 г/см куб. 1,45 1,55 г/см куб. 1,55 1,65 г/см куб. соответственно. Рекомендуемые значения коэффициентов A₁ и A₂ лежат в пределах 0,05 0,15 и 0,01 0,1 соответственно. Промежутки интегрирования t₁ и t₂ лежат в пределах 60 300c, 300 600c соответственно.

Доказательством промышленной примененимости является пример использования данной системы на Волховском алюминиевом заводе.

Пример.

Исходные данные: P1* 1,25 г/см куб. P2(O) 1,55 г/см куб. t₁ 300c, t₂ 600c.

Порядок действий описанной выше системы для заданного конкретного случая следующий. Логический блок 12 вырабатывает управляющий сигнал U устройству включения выгрузки. Сигнал U принимает значение 0 или 1. Если измеряемая датчиком 5 P>1,25 г/см куб. а рассчитываемый в логическом блоке 12 dp/dt>0, то логический блок 12 вырабатывает сигнал L₁ 1 и L₂ 0 дополнительному арифметическому блоку 11, в котором производят расчет до тех пор, пока S₁ не станет равна 300c, при этом S₂ 0. На логический блок 12 поступает сигнал S₁₁ 1. В случае выполнения трех условий, т.е. измеряемая датчиком 5 P<1,25г/см куб. dp/dt>0, S₁₁ 1, сигнал U равен единице, выгрузка включена. Если dp/dt становится меньше нуля, а P 1,24 г/см куб. то U 0, выгрузку прекращают. Если dp/dt>0, измеряемая датчиком 5 P 1,27 г/см куб. а S₁>300c, то логический блок 12 вырабатывает сигналы L₂ 1, L₁ 0 дополнительному арифметическому блоку 11, в котором производят расчет при этом S₁ 0. На вход логического блока 12 поступает сигнал S₂₁ 1. В случае выполнения трех условий, т.е. измеряемая датчиком 5 P>1,25 г/см куб. рассчитываемый в логическом блоке 12 dp/dt>0, S₂₁ 1, сигнал U равен 1, выгрузка включена. Если S₂₁ 1, величина измеряемой плотности равна 1,27 г/см куб. и начала падать, т.е. рассчитываемый в логическом блоке 12 dp/dt<0, или, если P>1,25 г/см куб. dp/dt>0, а рассчитываемая дополнительным арифметическим блоком 11 S₂>600c, т.е. S₂₁ 0, то логическим блоком 12 вырабатывается сигнал U 0, выгрузка прекращается. Если S₂₁ 1, P становится больше или равна плотности на отключение (P2(0) 1,45 г/см куб.), dp/dt, рассчитываемый в логическом блоке 12 меньше 0, а рассчитываемый в арифметическом блоке 6 dp/dt 0, то поступившее на арифметический блок с датчика 5 значение измеряемой плотности считают максимальным p_maxj 1,65 г/см куб. на j-ом цикле разгрузки. В корректоре 7 определяют поправку:
ΔP = 0,05(1,65-1,55)+0,01(1,65-1,55) = 0,006,
после чего запоминают величину Сигнал P 0,006 подают в блок памяти 8, а затем в сумматор 9, в котором находят значение плотности на отключение выгрузки:
P2* 1,45 + 0,006 1,456 г/см куб.

Полученное значение P2* 1,456 г/см куб. подают на вход логического блока. При этом, если подаваемая с дополнительного арифметического блока S₂₁ равна 1, значение плотности, измеряемое датчиком 5, больше 1,456 г/см куб. а dp/dt<0, то логический блок вырабатывает сигнал U 1 исполнительному устройству 2 и выгрузка продолжается. Выгрузку прекращают в случаях, если измеряемая плотность больше 1,456 г/см куб. dp/dt<0, а вырабатываемый дополнительным арифметическим блоком 11 сигнал S₂₁ 0 или если измеряемая плотность стала равна 1,456 г/см куб.

Изобретение относится к области производства глинозема и, в частности, к автоматическому управлению сгущением пульп и растворов при комплексной переработке нефелина и может быть использовано в других отраслях промышленности со сходной технологией. Сущность изобретения: система содержит логический блок, который периодически вырабатывает управляющие сигналы исполнительному устройству, включающему выгрузку сгущаемого продукта, реле времени, которое замыкает нормально открытые контакты ключа, соединяя измеритель плотности с логическим блоком, второму арифметическому блоку. 2 табл., 3 ил.

Система управления процессом сгущения, включающая реле времени, измеритель плотности, исполнительное устройство, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ключ, корректор, блок памяти, сумматор, первый и второй арифметические блоки, задатчик плотности на отключение выгрузки, первый и второй задатчики промежутков интегрирования, логический блок, управляющий работой исполнительного устройства, задатчик плотности на включение выгрузки, причем корректор, блок памяти и сумматор последовательно соединены, измеритель плотности через ключ и первый арифметический блок соединен с корректором, второй вход сумматора соединен с задатчиком плотности на отключение выгрузки, измеритель плотности через ключ соединен с первым входом логического блока, второй вход которого соединен с выходом сумматора, первый выход логического блока соединен с исполнительным устройством, а второй и третий выходы соединены с первым и вторым входами второго арифметического блока соответственно, третий и четвертый входы второго арифметического блока соединены соответственно с первым и вторым задатчиками промежутков интегрирования, а два выхода соединены с третьим и четвертым входами логического блока соответственно, пятый вход логического блока соединен с задатчиком плотности на включение выгрузки, четвертый выход логического блока соединен с реле времени.