Система регулирования давления газа Советский патент 1988 года по МПК G05D16/20 

L.

rVf

г (Л

(Раг.1

г|1роточнон камере. Целью изобретения ;|вляется повьппение качества регулиро- давления газа в условиях денст- 1|ующих на систему внешних возмущении rto давлению газа в магистрали высокого давления, когда коэффициент передачи проточной емкости по управлякяце- tiy воздействиго изменяется более чем ija два порядка. Поставленная цель до- с1тигается тем, что в систему регулиро введены блок сравнения 8, инер- фюнное звено II с постоянной вре- 4ени, равной постоянной времени проточной емкости, решающий усилитель 12, в прямую цепь которого включен датчик 19 давления газа в магистрали высокого давления, а в цепь обратной связи - дополнительный датчик 20 давления в емкости, сумматор 14, к одному входу которого подключен р.ешающий усилитель 15 с датчиком 16 площади открытия регулирующего вентиля в прямой цепи, а к другому входу - решающий усилитель 17 с датчиком 18 площади критического сечения регулируемого диффузора в прямой цепи, 5 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию технологических параметров производственных процессов и может быть использовано на предприятиях химической, металлургической промышленности, а также в экспериментальной газодинами- ке для регулирования давления газа в

1

; Изобретение относится к автоматич{ескому управлению и регулированию фоизводственных процессов и может быть использовано на предприятиях хи- чecкoй, металлургической промьшшен- ности и в экспериментальной газодина- «(ике для автоматического регулирова- н)ия давления газа в проточной емкости в тех случаях, когда источник пита- йия сжатым газом ограничен по мощнос- и на систему регулирования давления действует возмущение в виде рез- Kioro падения давления в питающем резервуаре.

Цель изобретения - повыщение каче- ,ства регулирования давления в усло- в;иях действующих на систему внешних возмущений по давлению газа в магист- высокого давления, когда коэффициент передачи проточной емкости по п:о возмущающему воздействию меняется более чем на два порядка.

На фиг, 1 представлена схема системы регулирования давления газа; на фиг, 2 - схемная реализация датчика площади открытия регулирующего вентиля; на фиг, 3 и 4 - нелинейные зависимости площади проходного сечения вентиля от величины перемещения клапана регулирующего вентиля; на фиг,5 временные диаграммы на входах и выходе блока сравнения,

На диаграммах (фиг,5) обозначено: а, - сигнал задания регулируемого давления на входе блока сравнения; б - сигнал с датчика регулируемого давления на входе блока сравнения; в 0

5

0

5

0

5

сигнал компенсации инерционности трубопровода на входе блока сравнения; г - суммарный сигнал на выходе блока сравнения с учетом компенсации инерционности; д - суммарный сигнал на выходе блока сравнения без компенсации.

Система содержит проточную емкость 1 с критическим сечением 2 регулируемого диффузора 3, регулирующий вентиль 4, магистраль 5 высокого давления, исполнительный двигатель 6, блок 7 управления, блок 8сравнения, первый датчик 9 давления в емкости, за- датчик 10 давления, инерционное звено 11, второй решающий усилитель 12, инвертор 13, сумматор 14, первьй ре- шакмций усилитель 15, датчик 16 площади открытия регулирующего вентиля, третий решающий усилитель 17, датчик 18 площади критического сечения регулируемого диффузора, датчик 19 давления газа в магистрали высокого давления, второй датчик 20 давления в емкости, регистор 21 и емкость 22 в цепи обратной связи инерционного звена, произведение которых должно равняться величине постоянной времени проточной емкости. Датчики давления 9 и 20 в емкости отличаются по своему конструктивному выполнению, так как датчик 9 должен иметь на выходе напряжение или ток, пропорциональные измеряемому давлению (датчик типа Сапфир, Кристалл), а датчик 20 должен иметь потенциометрический выход и осуществлять преобразование

давления в пропорщюнштьиое ему сопротивление (датчик манометрический типа ДДМ).

Датчик площади открытия регулирующего вентиля содержит диодную линейку 23 и операционньй усилитель 24.

Сущность изобретения заключается

-i в автоматическом формировании сигнала компенсации возмущаюцего воздейст- действующих возмущений. С целью ВИЯ по давлению газа в магистрали вы-

ликвидации отрицательного воздействия падения давления в магистрали по мере расхода рабочего газа в структуре системы предусмотрен отдельньй вход бло

сокого давления и вводе его в схему управление в удобном для реализации месте.

Передаточная функция канала компенсации возмущения имеет вид

W(S)

1 1 . РО-, К F, F Р

1р

0(р

Pt где F, - площадь проходного сечения регулирующего вентиля; площадь проходного сечения регулируемого диффузора на выходе проточной емкости; регулируемое давление газа в проточной емкости; давление газа в магистрали высокого давления; Т, - постоянная времени объекта

регулирования;

S - оператор дифференцирования; К - коэффициент пропорциональности.

Сигнал компенсации вводится через блок сравнения с отрицательным знаком.

Система работает следующим образом.

До начала работы в задатчике 10 давления выставляют программу изменения регулируемого давления в проточной емкости 1. С помощью регулируемого диффузора 3 устанавливают необходимое критическое сечение 2, соответ- 45 , механически связанного с одной из подвижных створок диффузора 3 горло которого имеет прямоугольное сечение. При этом перемещение створки и, соответственно, потенциометра производится по одной из поперечных координат, а вторая составляющая сечения диффузора является величиной постоянной и учитывается в виде постоянного коэффициента при тарировке 5g датчика площади критического сечения диффузора.

ствующее необходимой скорости потока газа. После запуска экспериментальной установки сигнал рассогласования с выхода блока 8 сравнения, полученный в результате сравнения сигналов с датчика 9 давления и задатчика 10, поступает в блок 7 управления и после усиления по мощности - на вход исполнительного двигателя 6, которьй перемещает регулирующий вентиль 4 в положение, соответствующее заданному регулируемому давлению. При этом воздух из магистрали 5 высокого давления поступает через регулирующий вентиль в проточную емкость 1- и да. К с через критическое сечение 2 регулируемого диффузора на выход.

Динамические свойства системы - быстродействие, устойчивость и точность существенно зависят от коэффициента передачи и инерционности элементов системы, а также от величины и харак действующих возмущений. С целью

ликвидации отрицательного воздействия падения давления в магистрали по мере расхода рабочего газа в структуре системы предусмотрен отдельньй вход блока 8 сравнения для ввода сигнала компенсации указанного возмущения. Ре- усилитель 15 в зависимости от положения датчика 16 площади открытия регулирующего вентиля формиру-.

ет сигнал, пропорциональньЛ величине I/F, . В зависимости от положения створок регулируемого диффузора 3, определяющих тшощадь критического сечения 2, решающий усилитель 17 посредством датчика 18 формирует на одном из выходов сумматора 14 сигнал, пропорциональный величине I/F .Сигнал разности этих величин с выхода сумматора через инвертор 13 подается

на вход первого решающего усилителя 12, осуществляющего деление величины регулируемого давления Рд, на величину давления газа в магистрали высокого давления Р с помощью датчиков 19 и 20. Сигнал с выхода усилителя 12 через инерционное звено 11 поступает на отдельньй вход блока 8 сравнения. Блок 7 управления является стандартньм усилителем мощности для

электропривода.

Датчик 18 площади проходного сечения регулируемого диффузора на выходе из проточной емкости вьтолнен в виде стандартного линейного потенцио

45 , механически связанного с од50

ной из подвижных створок диффузора 3, горло которого имеет прямоугольное сечение. При этом перемещение створки и, соответственно, потенциометра производится по одной из поперечных координат, а вторая составляющая сечения диффузора является величиной постоянной и учитывается в виде постоянного коэффициента при тарировке 5g датчика площади критического сечения диффузора.

В регулирующем вентиле 4 площадь проходного сечения связана с величиной перемещения клапана, как правило,

1

)1елиней1 ой зависимостью, поэтому использование линейного потенциометра в качестве датчика 16 не представляется возможным. Р1скомая нелинейная зависимость получается путем аппроксимации механической характеристики регулирующего вентиля несколькими OTpesKaMii прямых при помогди диодной ;шнейки, на вход которой подается сигнал с датчика линейного перемещения клапана регулирующего органа (не показан). Выходной сигнал усиливается до необходимого уровня операционным усилителем. Реализуемая с помощью указанной схемы нелинейная характеристика представлена на фиг.З (1 - величина перемещения клапана). В рассматриваемой системе стоит задача получения сигнала, пропорционального величине, обратной площади открытия регулирующего вентиля (I/F ) В этом случае расчетная схема остается той же, но датчик перемещения клапана включается так, что минималь ному перемещению клапана соответствует максимальньй.уровень сигнала (фиг.4).

Таким образом, компенсация возмущающего воздействия на проточную емкость по изменению давления в магистрали высокого давления позволяет существенно увеличить коэффициент передачи системы регулирования, что. позволяет повысить статическую точность и придать системе свойства инвариантности - независимость регулирования давления газа от давления в магистрали высокого давления, рас

0

5

5

0

0

5

хода газа и инерционности проточной

емкости.

Формула изобретения

Система регулирования давления газа, содержащая регулирующий вентиль, установленный в магистрали высокого давления и подключенньп к проточной емкости с регулируемым диффузором на выходе, задатчик давления и первьпЧ датчик давления в емкости, подключенные выходами соответственно к первому и второму входам блока сравнения, выход которого соединен с входом блока управления исполнительным двигателем, связанным выходом с регулирунщим вентилем, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества регулирования давления, система содержит последовательно соединенньге первый решающий усилитель, сумг- атор, инвертор, второй решающий усилитель и инерционное звено, а также третий рещаю- - щий усилитель, в прямую цепь которого включен датчик площади критического сечения регулируемого диффузора, датчик площади открытия регулирукяце- го вентиля, включенный в прямую цепь первого рещающего усилителя, датчик давления газа в магистрали высокого давления, включенный в прямую цепь второго решанлцего усилителя, и второй датчик давления в емкости, включенный в цепь обратной связи второго рещающего усилителя, причем выход третьего решающего усилителя соединен с вторым входом сз мматора, а выход инерционного звена - с третьим входом блока сравнения..

мтс

ч

МХ

f/лдхс

Фг/А2

{да(сс

Фие,3

ФиеЛ

MOfCf

и,

а

Uz 3