Устройство для автоматического регулирования процесса синтеза аммиака Советский патент 1983 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулироваНИН технологических процессов и может быть использовано в промьпаленности по производству минеральных удобрений при автоматизации колонны синтеза aммиaкai

Известно устройство для автоматического регулирования температуры в зоне реакции колонны синтеза, содержащее измеритель и регулятор температуры в зоне реакции,элемент сравнения и вентиль холодного байпаса.

Недостаток этОго устройства отсутствие учета возмущающих воздействий, поступающих на объект регу- . лирования. .

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматич еского регулирования процесса синтеза аммиака, содержащее измеритель температуры.в зоне реакции, элемент сравнения, регулятор,сумматор- и блок деления 23.

Недостаток данного устройства заключается в том, что оно- не обес-. печивает высокого качества регулирования температуры в зоне реакции, что ведет к снижению производительности колонны синтеза. Цель изобретения - повышение производительности колонны синтеза за счет повышения качества регулирования температуры в зоне реакции.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее измеритель температуры в зоне реакции, элемент сравнения, регулятор, сумматор, блрк деления, дополнительно содержит измерители содержания водорода и аэота на входе в колонну, два задатчика, коммутирующий элемент, блок формирования компенсируемого возмущения, блок компенсации и блок реализации управляющих воздей ствий, при этом выход измерителя температуры н зоне реакции через элемент сравнения подключен к регулятору, выход которого Связан с первым входом сумматора, второй вход .которого соединен с выходом блока компенсации, измерители содержания водорода и азота на входе в колонну подключены к.входам блока .деления , выход которого параллельно соединен с первыми входами коммутирующего элемента и блока формирования компенсируемого возмущения, выход которого связан с первым вхо- дом блока компенсации, подключенного своим вторым входом к выходу коммутирующего элемента, выход первого задатчика параллельно соединен; с вторыг входом блока формирования компенсируемого возмущения и с вторым входом коммутирующего элемента, выход второго задатчика. параллельно

подключен к третьему входу блока формирования компенсируемого возмущения и к третьему входу коммутирующего элемента, выход сумматора через блок реализации управляющих воздействий соединен с вентилем холодного байпаса.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства..

0 Устройство для регулирования ре- жима в колонне i синтеза аммиака содержит измеритель 2 температуры в зоне реакции, измерители 3 и 4 содержания соответственно водорода и азота на входе в колонну 1, элемент 5 сравнения, регулятор б, блок 7 деления, первый и -второй sa-i датчики 8 и 9, коммутирующий .-элемент 10, блок 11 формирования компен

Q сируемого возмущения, блок 12 компенсации, сумматор 13, блок 14 реализации управляющихвоздей ствий, , вентиль 15 холодного байпаса. Измеритель 2 температуры в зоне

5 .реакции может быть реализован на

базе датчика с термопарой. Измерители 3 и 4 содержания водорода и азота яавходе в колонну могут быТ1 реализованы на базе промышленных атоматических хроматографов.

Элемент 5 сравнения лредназначен для формирования величины рассогласования между заданием по тем- пературе в зоне реакции и ее текущим. значением. Выходной сигнал элемента

5 5 равен разности между заданием по температуре и ее текущим значением.

Для ввода и изменения величины задания удобно использовать внешние устройства УВМ типа пульта технолога0 оператора. Регулятор 6 при реализации на УВМ может иметь ПИД-структуру.

Функциональный блок 7 предназначен для формирования величины соотношения А, равного частному от деления концентрации азота на концентрацию водорода.

Задатчики 8 и 9 ограничений, по соотношению между азотом и водороп дом предназначены для формирования величины нижней (Aj, ) и верхней (Ag. границ зоны, в которой изменение параметра А практически не влияет на работу колонны синтеза. Для изменений величин АЛ-, и Ag, удобно ис пользовать внешние: устройства УВМ типа пульта программиста, либо пульта технолога оператора.

Коммутирующий элемент 10 преднаэначен для отключения -блока 12 ком0 . пенсации когда воэмущений нет, т.е.

при выполнении соотношения А.

Блок 11 предназначен дпя определения

величины компенсируемых возмущений,

равных отклонениям соотношения между

5 азотом и водородом от нарушаемых ограничений. Выходной сигнал формирователя 11 равен отклонению величины А от нижней границы А при j, и pBos отклонению величины А от верхней границы Ац при А А( , Aij.Ag при ,.n при ),где В - выходной сигнал формирователя И

Блок 12 компенсации предназначен для выработки сигнала по изменению положения вентиля холодного .байпаса компенсирующего возмуадаюиие воздействия, возникающие вследствие из менвния соотношения между азотом и водородом. При работе блока 12 учитываются динамические характеристики объекта и динамика изменения отклонений между величиной А и нарушаег ым отграничением. Блок 12 компенсаций имеет передаточную функцию, определяемую из условия полной инвариантности выходной величины относительно .возмущения. Блок 12 компенсации может имитироваться последовательно соединенными апериодическим звеном 1-го порядка звеном запаздывания, моделируемым рядом ячеек, информация в которых перемещается на каждом цикле работы

Сумматор 13 предназначен для сложения сигнала, подаваемого с выхода блока 12 компенсации с сигнале, подаваемым с выхода регулятора б.

Блок 14 предназначен для реализации на объекте приращения положения вентиля холодного байпаса относительно -его текущего значения. Блок 14 реализуется на базе устройства связи с объектом (УСО) УЕМ и относится по своему функциональному назначению ктиповым средствам реализации на объекте управляющих воздействий, вырабатываемых УЕМ.

Еентиль 15 холодного байпаса предназначен для изменения подачи газрвой смеси по холодному байпасу колонны синтеза и представляет собой стандартный автоматический вентиль, пригодный для дистанционного управления.

Устройство работает следующим образом.

При помощи, измерителей 3 и 4 в темпе с процессом замеряются концентрации водорода и азота. При погмощи блока 7 формируется соотношение А. При помощи кс 1мутирующего элемента 10 производится отключение блока 12, когда возмущений нет ( Ag, ) . Величины А и Ац формируются при помощи задатчиков 8 и 9. В блоке 11 формируется величина компенсируемого возмущения,равна отклонению величины А от нарушенног ограничения. Блок 12 вырабатывает компенсируииций сигнал по изменению положения вентиля :хол6дного. байпаса при этом учитываются динамические характеристики объекта и динамика

изменения отклонений между величиной Аи нарушенным ограничением. Выходной сигнал блока 12 суммируется при помощи сумматора 13 г выходным -сигналом регулятора 6, корректируя 5 тем.самым прирашение расхода газа холодного байпаса, задаваемого регулятором б из условия регулирования ПО отклонению температуры в зоне реакции относительно задания, 10 вводимого в элемент 5 сравнения. При помощи блока 14 осуществляется дискретная реашизация полных приращений положения вентиля 15 холодного байпаса относительно его теку5 щёго значения.

Полные приращения положения вентиля 15 равны сформированной в сумматоре 13 сумме выходных сигналов регулятора б и блока 12 компенсации. Q Регулятор и блок компенсации включаются периодически через равные промежутки, времени. В эти же моменты времени определяются величины полных приращений положения регулирующего органа. Затем при помощи блока 14 производится реализация I этих приращений относительно i положения вентиля 15. При этом вы; Ходная величина блока 14 сумЛируется с величиной действительного текущего положе«ия вентиля холодного байпаса выводится на объект. Блок 14 поддерживает на протяжении следующего временного интервала постоянное значение выработанного управления (регулятор 6 и блок 12 компенсации в это время . не работают). Затем включаются регулятор б и блок 12 компенсации, вырабатывается и реализуется на 0 объекте, новое управление и т.д. ; Сигнал о величине температуры-в зоне реакции формируется измерителем 2 температуры в зоне реакции и вводится .в элемент 5 сравнения. 5 При работе данного устройства

компенсируются не изменения соот .ношения А, а изменен1 я ,иных величин - возму цений,появляющихся при нарушении соотношения А - отклоне- Q /нений А от нарушаемых ограниче НИИ А Л) и АВ .Поэтому, если величина .А изменяется внутри. ограничений АН и Ag (), компенсирующее воздействие не вырабатывается, так как такие изменения А по сути, не являются возмущениями и их компенсация может привести ли1аь к рщугимым ошибкам при регулировании. Поскольку все величины измеряются на объекте с погрешностями, 0 а модель всегда, приближенна, такой прием позволяет не только повысить помехозащищенность устройства и увеличить качество регулирования, но по сути дает возможность исполь5зевать при регулировании темпера

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА АММИАКА, содержащее измеритель температуры в зоне реакции, элемент сравнения, регулятор,сумматор, блок деления, отличающееся тем, что, с целью, повышения производительности колонны синтеза за счет повышения качества регулирования температуры в зоне реакций, оно дополнительно содержит измерители содержания водорода и азота на входе в колонну, два. задатчика, коммутирующий элемент, блок формирования компенсируемого возмущения, блок компенсации и блок реализации .управляющих воздействий, при этом выход измерителя температуры в зоне реакции через элемент сравнения подключен к регулятору, выход которого связан с первым входом .сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока комп.енсации, измерители содержания водороду и азота на входе в колонну подключены к входам блока деления, выход которого па раллельно соединен с первыми входами коммутирующего элемента и блока формирования компенсируемого возмущения, выход которого связан с первым i входом, блока компенсации, подключенного своим вторым входом к выходу (Л коммутирующего элемента, выход первого задатчика паргшлельно соединен с с вторьлм входом блока формирования компенсируемого возмзпцения и с вт&рым входом коммутирующего элемента, выход второго задатчика параллельно подключен к третьему входу блока формирования компенсируемого возмущения и к третьему входу кэммутирующего со элемента, выход сумматора через блок СлЭ 4 реализации управляющих воздействий соединен с вентилем холодного байпаса. :о У1