Устройство для автоматического управления распределением нагрузки между @ параллельно включенными аппаратами Советский патент 1987 года по МПК C01D7/18 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления распределением нагрузки между параллельно включенными технологическими аппаратами, например, содовыми печами, карбонизационными, абсорбционными, дистилляционными колоннами производства кальцинированной соды и может быть использовано в химической, нефтехимической и пищевой промышленности.

Цель изобретения - повышение точности оптимального распределения нагрузок.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит параллельно работающие аппараты 1, питающимися от общих коллекторов 2 и 3 перерабатываемого материала и энергетического потока, п регуляторов 4 подачи перерабатываемых потоков, п датчиков 5 расходов перерабатываемых потоков, п блоков б выбора минимума, п исполнительных механизмов 7, п частных сумматоров 8, п первых блоков 9 умножения, п вторых блоков 10 умножения, блок 1 усреднения, п блоков 12 масщтаби рования, датчиков 13 выходного параметра, п первых блоков 14 деления, общий сумматор 15, вторые блоки 16 деления, блок 17 сравнения, тину 18 задания.

Устройство работает следующим образом.

Перерабатываемый и энергетический потоки поступают на каждый аппарат 1 соответственно из общих коллекторов 2 и 3.

Входная нагрузка каждого аппарата 1 стабилизируется регуляторами 4 подачи перерабатываемых потоков, управляющих положением исполнительных механизмов 7. На входы указанных регуляторов 4 поступают сигналы о фактических значениях расходов перерабатываемых потоков от датчиков 5 расходов -и сигналы о заданных значениях этих расходов от частных сумматоров 8 (если величина задаваемого расхода превышает максимально допустимое значение для данного аппарата, то она ограничивается допустимым значением при помощи блоков 6 выбора миниму ма).

Сигналы о заданных значениях расходов перерабатываемого материала формируются частными сумматорами 8 как сумма двух сигналов: первого - скорректированного но выходному параметру сигнала расхода перерабатываемого потока, поступающего от первых блоков 9 умножения и второго - сигнала корректирующей добавки расхода, поступающего от вторых блоков 10 умножения.

Коррекция сигналов расхода по выходному параметру осу1цествляется следующим образом

При помощи блока 11 усреднения, на входы которого через масштабирующие блоки 12 поступают сигналы от датчиков 13 выходного параметра, вычисляют среднее значение масштабированных выходных па5

0

раметров но всем работающим аппаратам, равное частному от деления суммы масштабированных значений выходных параметров на число работающих аппаратов. Сигнал от блока 11 усреднения и сигналы от датчиков 13 выходного параметра (последние через блоки 12 масштабирования) поступают на входы первых блоков 14 деления, посредством которых (как отнощение указанных выше двух сигналов) определяют

0 коэффициенты коррекции расходов по выходному параметру. Умножение сигналов о расходах перерабатываемого материала (от датчиков 5 расхода) на корректирующие коэффициенты (сигналы от блоков 14), осуществляемое в первых блоках 9 умножения, определяет первую составляющую сигнала задаваемого расхода, поступающую на входы частных сумматоров 8.

Состояние равновесия описанного контура коррекции расхода по выходному параметру характеризуется равенством друг другу масштабированных значений выходных параметров по всем работающим аппаратам (в этом случае они. также равны их усредненному значению, определяемому при помощи блока 11 усреднения, а значения

5 коэффициентов коррекции, вычисляемых блоками 4, тогда равны единице). Отклонение величины масщтабированных значений выходных параметров в ту или иную сторону от их усредненного значения вызывает увеличение или уменьшение коэффициентов коррекции, рассчитываемых блоками 14 и далее приводит к увеличению или уменьшению заданий расходов перерабатываемого потока на аппараты,вычисляемых блоками 9. Это в свою очередь вызывает соответствующее изменение значения выходных параметров, направленное на достижение их равенства, и приводит тем самым систему в состояние равновесия.

Фактическая общая нагрузка группы аппаратов определяется при помощи общего сумматора 15, посредством суммирования сигналов, пропорциональных расходам перерабатываемых потоков на каждый аппарат, измеряемых датчиками 5. Величина отклонения фактической обшей нагрузки от заданного значения, устанавливаемого при

помощи щины 18 задания, определяется путем сравнения указанных двух сигналов, поступающих на входы блока 17 сравнения. Сигнал, пропорциональный величине отклонения, поступает на вторые входы вторых блоков 10 умножения. На первые входы этих блоков поступают сигналы от вторых блоков 16 деления, посредством которых вычисляют коэффициенты коррекции расходов по общей нагрузке. Указанные коэффициенты определяются как доля, занимаемая

5 расходом перерабатываемого потока на данный аппарат (сигналы от датчиков 5) в общей сумме расходов на все аппараты (сигнал от общего сумматора 15). Таким об0

5

0

0

разом, при равенстве масштабированных значений выходных параметров, коэффициенты коррекции по общей нагрузке характеризуют (прогнозируют) относительные производственные возможности аппаратов. Перемножением сигналов: о коэффициенте коррекции и об отклонении фактического суммарного расхода от заданного, осуществляемом во вторых блоках умножения, определяют вторую составляющую сигнала задаваемого расхода, поступающую на входы частных сумматоров 8.

Состояние равновесия контура коррекции расхода по общей нагрузке характеризуется равенством значений фактического и

-вычисление скорректированных по выходному параметру задаваемых расходов перерабатываемого материала;

-вычисление суммарного расхода перерабатываемого материала на группу аппаратов;

-определение отклонения фактического суммарного расхода перерабатываемого материала от заданного значения;

-вычисление коэффициентов коррекции по общей нагрузке;

-вычисление корректирующих добавок к задаваемым расходам перерабатываемого материала по общей нагрузке;

-формирование управляющего воздей- задаваемого сумматорных расходов перера- . ствия по выбранному закону регулирования, батываемого материала (в этом случае их Функционирование группы аппаратов, уп10

разность, вычисляемая в блоке 17 сравнения, и соответственно сигналы корректирующей добавки расхода, поступающие на частные сумматоры 8 от вторых блоков 10 умножения, равны нулю). Появление рассогласо- jQ вания между значениями заданной и фактической суммарной нагрузки вызывает изменение заданий расходов перерабатываемого потока на каждый аппарат в соответствии с величиной рассогласования (сигнал от блока 17 сравнения и коэффициентами коррек- 25 ции по общей нагрузке (сигналы от вторых блоков 16 деления). Причем величина корректирующей добавки расхода на каждый аппарат (выходной сигнал первых блоков 10 умножения) пропорциональна произведению последних двух сигналов, т.е. рассчитывается с учетом производственных возможностей аппаратов. Таким образом происходит компенсация указанного рассогласования, и система снова приходит в состояние равновесия.

Для подавления поступающей в систему 35 высокочастотной составляющей сигналов расхода перерабатываемого потока, возникающей в контурах: датчик 5 расхода - регулятор 4 - исполнительный механизм 7 (например, из-за колебаний плотности по- Q тока перерабатываемого материала или по каким-либо другим причинам), в устройство в случае необходимости могут быть дополнительно введены фильтры, устанавливаемые в точках а (см. чертеж).

30

равляемых согласно описанному алгоритму, обеспечивает выполнение следующих условий.

Уравнение работы частных сумматоров

Q, Q/+Q/- J 1- п,(1)

где Q, - скорректированное по выходному параметру значение расхода перерабатываемого потока на j-тый аппарат;

QT- корректирующая добавка расхода перерабатываемого потока на j-тый аппарат по общей нагрузке.

Уравнение работы первых блоков умножения

Q) K,,-Q,, j iTiT,(2)

где Ki/ - значение коэффициента коррекции по выходному параметру на j-й аппарат.

Уравнение работы первых блоков деления

ср

--, - Уравнение

1 I, п.

Аср i- Z

1

работы

А,

Уравнение работы

QS. Qi.

(3) блока усреднения

(4) общего сумматора

(5) блока

Уравнение работы олока сравнения

Алгоритм работы устройства включает следующие операции:

-измерение значений выходных параметров для каждого аппарата;

-вычисление масштабированных значений выходных параметров для каждого аппарата;

-вычисление усредненного значения мас- щтабированных выходных параметров с учетом всех работающих аппаратов;

-определение коэффициентов коррекции по выходному параметру;

-измерение расходов перерабатываемых потоков на каждый аппарат;

10

равляемых согласно описанному алгоритму, обеспечивает выполнение следующих условий.

Уравнение работы частных сумматоров

Q, Q/+Q/- J 1- п,(1)

где Q, - скорректированное по выходному параметру значение расхода перерабатываемого потока на j-тый аппарат;

QT- корректирующая добавка расхода перерабатываемого потока на j-тый аппарат по общей нагрузке.

Уравнение работы первых блоков умножения

Q) K,,-Q,, j iTiT,(2)

где Ki/ - значение коэффициента коррекции по выходному параметру на j-й аппарат.

Уравнение работы первых блоков деления

5 Q

5

0

ср

--, - Уравнение

1 I, п.

Аср i- Z

1

работы

А,

Уравнение работы

QS. Qi.

(3) блока усреднения

(4) общего сумматора

(5) блока

Уравнение работы олока сравнения

AQi Qv - Qv,(6)

где AQv - выходной сигнал блока сравнения, пропорциональный рассогласованию между заданной Qv и фактической Qv суммарными нагрузками.

Уравнение работы вторых блоков деления

к Q

j 1, п,

(7)

где Ко, значение коэффициента коррекции на j-й аппарат по обшей нагрузке. Уравнение работы вторых блоков умножения

Q К2гДру. j 1,п.(8)

Решим систему уравнений (1) - (8) отосительно Aj

Ig, AV

-;

9Qi

.,

г Qi.

ist

,n. (9)

Просуммируем (9) no j от 1 до n

I5

.sJ.,

2- I-Q.

или

A,

UE

Га:

;io)

здесь учтено, что суммирование по j величин, не зависящих от , равно их произведению на п.

После преобразования (10) получим

I Q, Qj Подставим (11) в (9)

(И)

Z-1

- ,т.е. А, 2 Ал ,n,

(12)

n

у

i-1

Из уравнений (11) и (12) можно сделать вывод, что условия оптимального распределения выполняются данным устрой25 блоки масштабирования - с датчиками выходных параметров, а выходы подключены к первым входам п первых блоков умножения, вторые входы которых соединены с датчиками расходов перерабатываемых потоков, а выходы - с первыми входами частных сумматоров, входы п вторых блоков деления связаны с выходом общего сумматора и датчиками расходов перерабатываемых ,;о- токов, а выходы подключены к первым входам п вторых блоков уможения, вторые вхо- 1Ы которых соединены с выходом блока

ством без погрешностей и следовательно, 35 сравнения, а выходы - с вторыми входами более тючно, чем известным устройством.частных сумматоров.

5

Формула изобретения Устройство для автоматического управления распределением нагрузки между п параллельно включенными аппаратами, содержащее п датчиков расхода перерабатываемых потоков, соединенных с входами общего сумматора и с первыми входами п регуляторов подачи перерабатываемых потоков, выходы которых подключены к п исполнительным механизмам подачи перерабаты0 ваемых потоков, блок сравнения, ченный входами к шине задания и к выходу общего сумматора, п датчиков выходного параметра аппаратов, соединенных через блоки масшабирования с входами блока усреднения, и п блоков выбора минимума, входы которых связаны с выходами частных сумматоров, а выходы --- с вторыми входами регуляторов подачи перерабатываемых потоков, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности оптимального распределения нагрузок, оно дополнительно содержит п первых блоков деления, п вторых блоков деления, п первых блоков умножения и п вторых блоков умножения, при этом входы п первых блоКов деления связаны с выходом блока усреднения и через

5 блоки масштабирования - с датчиками выходных параметров, а выходы подключены к первым входам п первых блоков умножения, вторые входы которых соединены с датчиками расходов перерабатываемых потоков, а выходы - с первыми входами частных сумматоров, входы п вторых блоков деления связаны с выходом общего сумматора и датчиками расходов перерабатываемых ,;о- токов, а выходы подключены к первым входам п вторых блоков уможения, вторые вхо- 1Ы которых соединены с выходом блока

0

0

5 сравнения, а выходы - с вторыми входами частных сумматоров.

Изобретение относится к устройству для автоматического управления распределением нагрузки между п параллельно включенными аппаратами, может быть использовано в химической промышленности и позволяет повысить точность оптимального распределения нагрузок. Устройство содержит параллельно работающие аппараты 1, пи- таюп1иеся от o6nuix коллекторов 2 п 3, датчиков 5 расходов перерабатываемых потоков, соединенных со входами общего сумматора 15 и с первыми входами п регуляторов 4 подачи перерабатываемых потоков. Выходы последних подключены к п исполнительным механизмам 7. Блок 17 сравнения подключен к 18 задания и к выходу общего сумматора 15, п датчиков 13 выходного параметра соединены со входами блока 11 усреднения через блоки 12 масштабирования. Входы п блоков 6 выбора минимума связаны с выходами п частных сумматоров 8, а выходы блоков 6 - со вторыми входами регуляторов 4. Входы п первых блоков 14 деления связаны с выходом б.лока 11 усреднения и через блоки 12 масштабирования с датчиками 13 выходных параметров. Входы п вторых блоков 16 деления связаны с выходом общего сум.матора 15 и датчиками 5 расходов перерабатываемых потоков. 1 ил. ю (Л со со о о 4