Устройство для регулирования температуры Советский патент 1987 года по МПК G05D23/19 

темпера.туры расплавов различных веществ в периодических смесителях - плавителях барабанного типа. Цель . изобретения - повьшениё точности регулирования температуры объектов с переходным запаздыванием. Для этого устройство для регулирования температуры содержит теплообменник 1 р регулирующим клапаном 2 на линии 3 подачи греющего теплоносителя к теплообменнику 1,. датчик А и регулятор

5 температуры теплоносителя на выходе теплоо Вменника 1, байпасную линию

6с регулирующим клапаном 7i отсечные клапаны 8, 9 соответственно на линия 10, 11 подачи пара и слива

/ . . - ;

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано при регулировании температуры в технологических аппаратах в химической, нефтехимической и других отраслях промьшшен- носТи, например при регулировании температуры распл авов различных веществ в периодических смесителя: -пла вителях барабанного типа.

Цель изобретения - повышение точибсти регулирования температуры объектов с переходным запаздыванием.

На фиг, 1 показана структурная схема устройства.; на фиг. 2 - .принципиальная схема блока управления; на фиг. 3 - пример переходного прог цесса,в системе автоматического регулирования с использованием предложенного устройства.

Устройство для регулирования тем- цературы содержит теплообменник 1с регулирующим клапаном 2 на линии 3 подачи греющего.теплоносителя к теплообменнику 1, датчик 4 и регулятор э температуры теплоносителя на выходе теплообменника 1 , баййасную линию 6 с регулирующим клапаном 7, отсечные клапаны 8 и 9 соответственно на линиях 10 и 11 подачи пара и слива конденсата, отсечные клапаны 12 и 13 соответственно на линиях 14 и 15 подачи холодной воды и слива холодной воды, отсечные клапаны ,16 и 17 соотконденсата, отсечные клапаны 12, 13 соответственно на линиях 14, 15 подачи холодной воды и слива холодной воды, отсечные клапаны 16 и 17 соответственно на линиях 18, 19 подачи горячей воды и обратной подачи теплоносителя, регулятор 20 давления, регулятор 21 температуры, блок 22 управления, отсечной клапан 23, установленный параллельно клапану 8 датчик 24, циркуляционный насос 25 и датчик 26 давления. Изобретение по- вьшает качество регулирования объектов с переходным запаздьшани ем за счет уменьшения перерегулирований. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

ветственно на линиях 18 и 19 подачи горячей воды к технологической установке и обратной подачи теплоносителя, регулятор 20 давления, регулятор

21 температуры, блок 22 управления, отсечной клапан 23, установленный параллельно клапану 8, датчик 24 температуры, циркуляционный насос 25 и датчик 26 давления.

Датчик 24 температуры осуществляет измерение температуры в объекте управления - вращающемся смесителе (плавителе), причем передача информации осуществляется через контактные кольца.

Блок 22 управления (фиг. 2) содержит промежуточные реле 27 и 28,электромагниты 29-35 управления клапанами, реле 36 и 37 времени. Включение

промежуточных реле 27 и 28 осуществляется с помощью контактов 38 и 39 регулятора 21 температуры, а включение реле 36 и 37 .времени - с помощью контактозв промежуточных реле и реле

времени 40-50.

Работа уст ройства осуществляется следукшцш образом.

С йомощью теплообменника 1, осна- щенноз о системой регулирования и ре-.

гулятором 5, поддерживается относительно постоянное значение те мпера- туры .теплоносителя - горячей воды, циркулирующей во внутреннем контуре устройства по линии 6. Циркуляция

горячей воды обеспечивается насосом В случае, если потребления горячей воды не происходит, то относительно постоянство расхода в контуре обеспечивается с помощью регулятора 20, воздействующего на регулирующий клапан 7. Такая схема построения соответствует общепринятым схемам теплоснабжения технологических установок аналогичных известному устройству, что позволяет достаточно просто реализовать устройство на действующих установках без переделки сантехнической части систем. -С помощью регулятора 5 значение температуры теплоносителя устанавливается ниже заданного значения температуры продукта в смесителе-плавителе. Значения расходов пара, горячей воды и холодной воды устанавливаются путем соответствующего выбора гидравлических характеристик оборудования таким образом, чтобы обеспечить: при включении клапана 8 - интенсивный разогрев продукта, при включении клапана 23 - ,разогрев продукта с меньшей интенсивностью, но достаточной для перегрева продукта больше заданного значения, при включении клапана 12 - интенсивное охлаждение продукта, при включении клапана 16 - медленное охлаждение продукта, достаточное для охлаждения продукта ниже заданного значения.

После загрузки технологического аппарата, включения насоса 4, подогрева горячей воды с помощью теплообменника 1 до заданной температуры и включения вращения смесителя-пла- вителя осуществляется включение регулятора 21 и подача напряжения на блок 22 управления. Контакт 38 регулятора 21 устанавливается на заданное значение температуры, а кон такт 39 - на значение, меньшее на величину и & относительно заданного значения. Условием точного вьшолне- ния алгоритма управления является то, чтобы после первого достижения температурой заданного значения при переходном и установившемся режиме снижение параметра не вызывало срабатывания контакта 39, т.е. чтобы отрицательная амплитуда колебаний не превьшала значения а 9. Контакт 38 замыкается при превьш1ении температурой соответствующего значения, а контакт 39 - при соответствующем

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

снижении параметра. Такой алгоритм работы контактов 38 и 39 соответствует работе промышленных трехпози- ционНых регуляторов, например регулирующих приборов КСМ-3 с трехпо- зиционными регулирующими устройствами.

При подаче напряжения на блок 22 в начальный момент реле 27 обесточено, а реле 28 находится под напряжением. Соответственно находятся под напряжением электромагнит 29, реле 37 времени, электромагнит 35. При включении электромагнитов 29 и 35 на клапаны 8 и 9 поступает, управляющий сигнал в виде сжатого воздуха от соответствующих воздухораспределителей и осзтцествляется интенсивный разогрев продукта в смесителе-плавителе при прохождении через рубашку установки пара. По истечении заданной настройкой времени выдержки происходит размыкание контакта 41 и замыкание контакта 43, но состояние схемы относительно выходных сигналов не изменяется, поскольку контакт 41 заблокирован контактом 40, а последовательно с контактом 43 включен контакт 44, в данный момент времени разомкнутый, поскольку вьщержка времени реле 37 существенно меньше, чем время достижения значения температуры продукта, при котором срабатывает контакт 39. .:

При достижении температурой продукта значения, заданного настройкой контакта 39, последний размыкается. Происходит отключение напряжения от реле 28, размыкание контакта 40 и замыкание контакта 44. Электромагнит 29 отключается от напряжения и подключается электромагнит 30.

Условный проход клапана 23 выбирается существенно меньше условного прохода клапана 8 с тем расчетом, чтобы количество тепла, подводимого к объекту, обеспечивало нагрев продукта при постоянном включении клапана 23 До температуры, несколько большей, чем заданное значение. Дальнейший нагрев продукта обеспечивается под воздействием данного тепла. После достижения продуктом заданного значения происходит замыкание контакта 38, и напряжение поступает на промежуточное реле 27. Размыкаются контакты 42, 46 и 50 и замыкаются контакты 45 и 48. Контакт 42 предотвращает вклю

чение электромагнита 29, контакт 45 включает реле 36 времени, контакт 46 отключает реле 37 времени,контакт 48 подключает к напряжению электромагниты 32 и 34, а контакт 50 обеспечивает отключение электромагнита 35.При размыкании контакта 43 прекраш;ается подача ограниченного по расходу пара к объекту управления, а при включении электромах нитов 32 и 34 происходит открытие клапанов 12 и 13 и поступление на время t холодной воды в рубашку аппарата.Тем самым обеспечивается форсированное охлаждение стенок оболочки аппарата, обеспечивающее компенсацию инерционного запаздывания в контуре регулирования. По истечении времени настройки контактов реле 36 времени происходит замыкание контакта 47 и размыкание контакта 49 Прекращается подача холодной воды в рубашку аппарата и в рубашку подается горячая вода при температуре, меньшей заданного значения, поскольку напряжение подается на электромагниты 31 и 33. Это приводит к открытию клапанов 16 и 17. Происходит охлаждение продукта до момента, когда температура продукта не станет ниже заданного значения.

В момент снижения температуры продукта ниже заданного значения размыкается контакт 38. Происходит переключение контактов реле 27, что приводит к подаче в установку пара на

время t

гпоскольку в первоначальный момент происходит включение электромагнита 29, а по истечении времени t происходит переключение контактов 41 и 43 и количество пара, подаваемого в установку, уменьшается. Включение на время t пара большой интенсивности обеспечит ускоренный нагрев рубашки аппарата, что также обеспечивает компенсацию инерционного запаздывания аппарата.

В дальнейшем процесс -повторяется, и в системе устанавливается устойчивый автоколебательный процесс со зна чительно меньшей амплитудой автоколебаний, что позволяет использовать предложенное устройство при высоких требованиях к качеству процесса управления. Пример процесса регулирования поясняется фиг. 3.

В случае, если объект управления может быть описан передаточной функцией в виде

(p) w,(p) ) (1)

где передаточная функция звена У,(р) , характеризующего переходное (инерционное) запаздьшание, оцисывается выражением

W п (Р)

К

и-т,

(2)

то выдержки времени t и t , определяются по выражениям

Т

В,

(3)

Б,/В,-1

(4)

0

5

0

5

0

5

где К - коэффициент передачи звена запаздывания;

постоянная времени инерционного звена, характеризующего запаздывание;

управляющее воздействие при подаче к объекту управления пара при его полном расходе, управляющее воздействие на объект управления при подаче пара с ограниченным расходом; управляющее воздействие при подаче холодной воды; управляющее воздействие при подаче горячей воды. Определение величин управляющих воздействий и иных параметров объекта производится в соответствии с известными рекомендациями.

Целесообразность использования выражений (3) и (4) для расчета параметров определяется следуюшдми изображениями .

Увеличение управляющего воздействия на время может быть представлено как результат воздействия звена с передаточной функцией

Т В. В„ Вз В. W(p) 1 +

()

в

(1-е

--t, Р

) (5)

на релейный сигнал с амплитудой Вi, поступающий на объект управления.

Поскольку для повышения качества регулирования необходима компенсация влияния инерционного звена с постоянной времени Т, то полная компенсация обеспечивалась бы в случае, если бы последовательно с объектом было включено звено с обратной характеристикой

WK(P) 1+Тр.

(6)

Поскольку на основании разложения

t2pe

-f 000

2 2 л 1 +

tl

4К2ТГ2 2

t:j,(7)

TO, пренебрегая членами высшего порядка малости, для компенсации переходного запаздывания необходимо выполнение приближенного соотношения

i- 2jrBil-t,p

В

;1 + Тр

2

Из выражения (8) следует, что дл компенсации переходного запаздывани и улучшения качества регулирования необходимо вьшолнение условий (3) и (4).

Чем больше при реализации устройства отношение В ув или соответственно отношение , тем меньше значения t и t и тем эффективнее компенсация переходного запаздывания. Поэтому при реализации устройства и его эксплуатации значение энергии, подводимой к объекту при подаче пара, целесообразно обеспечивать максимально возможным как и масимальный отвод энергии при подключнии холодной воды.

Предложенное устройство повьш1ает качество регулирования объектов с переходным запаздыванием за счет уменьшения перерегулирований.

Формула изобретени

1. Устройство для регулирования температуры, содержащее датчик температуры, связанный с первым регулятором температуры, оба выхода которого соединены с соответствующими входами блока управления, теплообменник, циркуляционный насос, бай- пасную линию с регулирующим клапаном и первый, второй, третий и четвертый отсечные клапаны, установленные на линиях соответственно подачи пара, подачи холодной воды, слива холодной воды и слива конденсата и соединенные управляюш 1ми входами с соответствую1Цими выходами блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры объектов с переходным запаздыванием, в него введены регулятор давления,подключенный выходом к управляющему входу регулирующего клапана байпасной линии, датчик давления, установлен

19о

ный в линии подачи горячей воды и подключенный выходом к входу регулятора давления, датчик температуры теплоносителя, установленный на выходе теплообменника, второй регулятор температуры, подключенный входом к выходу второго датчика температуры теплоносителя,а выходог - к управляющему входу регулирующего клапана, установленного на линии подачи греющего теплоносителя в теплообмен

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ник, а также пятый, шестой и седьмой отсечные клапаны, установленные на линиях соответственно ограниченной подачи пара, подачи горячей воды и обратной подачи теплоносителя, подключенные управляющими входами к соответствующим выходам блока управления .

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит два промежуточных реле, два реле времени и семь электромагнитов управления клапанами, первые клеммы промежуточных реле, реле времени и электромагниты управления клапанами соединены с первой шиной питания, вторые клеммы первого и второго промежуточных реле соединены с другой шиной питания через соответственно замыкающий контакт, управляемый по первому входу блока, и размыкающий контакт, управляемый по второму входу блока, вторая клемма первого электромагнита управления клапанами соединена с другой шиной питания через замыкаюш 1Й контакт первого промежуточного реле и через последовательно включенные размыкающий с вьщержкой времени на размыкание контакт второго реле времени и первый размыкающий контакт второго промежуточного реле, вторая клемма второго электромагнита управления клапанами соединена с другой шиной питания через последовательно включенные замыкающий с выдержкой времени на замыкание контакт второго реле времени и размыкающий контакт первого промежуточного реле, вторые клеммы первого и второго реле времени соединены с другой шиной питания соответственно через второй замыкающий и третий размыкающий контакты второго промежуточного реле, вторая клемма третьего электромагнита управления клапанами соединена с второй клеммой пятого электромагнита

913

управления клапанами и с другой шиной питания через последовательно включенные замыкающий с выдержкой времет-/ ни на замыкание контгакт /первого реле во времени и первьш замыкающий контакт второго промежуточного реле, вторая клемма.четвертого электромагнита управления клапанами соединена с второй клеммой шестого электромаг- нита управления клапанами и с точкой соединения замыкающего контакта первого реле времени и замыкающего с выдержкой времени на замыкание контакта первого реле времени через раз19 °

4Iкaющий с вьщержкой времени на размыкание контакт .иервО То реле, времени, вторая клемма седь.мого электромагнита управления клапанами соединена с другой шиной питания через второй размыкающий контакт второго промежуточного реле, причем управляющие выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого электромагнитов управления клапанами являются соответственно первым, пятым, шестым, вторым, седьмым, третьим и четвертым выходами блока управления.

иг.2

tea

Фиг.З

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано при регулировании температуры в технологических аппаратах в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, например при регулировании /4- f Вращаащиисв смеситем- плабитем Конглак/анив колща. САЭ СЛ 9U.Z.1