Система управления водооборотным циклом технологического процесса Советский патент 1990 года по МПК G05D7/06 G05D27/00 

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами и может быть использовано преимущественно для управления водообо- ротным циклом.

Целью изобретения является повышение точности системы управления.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы управле|1ия водооборот- ным циклом; на фиг. 2 - график зависимости величины коррекции задания на регулятор расхода воды на продувку от величины уровня в холодной камере. ВЬдооборотный цикл включает три стадии переработки воды. На первой стадии вода собирается от всех технологических объектов, где она используется для охлаждения и поэтому разогревается, в горячую

камеру 1. На второй стадии вода охлаждается в градирне 2. Третья стадия служит для сбора охлажденной воды в холодной камере 3 перед подачей ее на технологические объекты (производство), нуждающиеся в охлаждении. Для вывода воды из цикла служит линия продувки, расположенная после горячей камеры 1. Для ввода воды в цикле служит линия подпитки в холодную камеру 3.

Система управления водооборотным циклом технологического процесса содер- жит датчик 4 уровня воды в горячей камере 1. соединенный выходом с первым входом первого регулятора 5 уровня, второй вход которого связан с выходом задатчика 6 уровня, исполнительный орган 7, установленный на линии подачи воды в градирню, датчик 8 уровня воды в холодной камере 3,

Ч

соединенный выходом с первым входом второго регулятора 9 уровня, выход которого связан с входом исполнительного органа 10, установленного на линии подпитки, датчик 11 расхода воды на продувку, подклю- ченный выходом к первому входу регулятора 12 расхода, выход которого соединен с входом исполнительного органа 13, установленного на линии продувки, датчики расхода воды на выходе горячей 14 и холодной 15 камер, сумматоры 16-18, задатчики минимального расхода воды на продувку 19, номинального уровня воды в холодной камере 21 и минимального уровня воды в холодной камере 20, ключи 22-25, блок 26 вычисления ожидаемого расхода воды на производство, компаратор 27, нелинейный .блок 28 типа Зона нечувствительности и блок 29 запаздывания.

При этом входы первого сумматора 16 соединены с выходами-соответственно первого регулятора 5 уровня и датчика 11 рас- хода воды на продувку, а выход - с входом исполнительного органа 7, установленкого на линии подачи воды в градирню 2, входы второго сумматора 17 соединены с выходами соответственно датчика 14 расхода воды на выходе горячей камеры 1 и датчика 11 расхода воды на продувку, а выход - с первым входом компаратора 27, второй вход которого подключен к выходу блока 26 вычисления ожидаемого расхода воды на производство, вход которого соедине-н с выходом датчика 15 расхода воды на выходе холодной камеры, входы третьего сумматора 18 связаны соответственно с выходом датчика 14 расхода воды на выходе горячей камеры 1, с выходом блока 26 вычисления ожидаемого расхода воды на производство и с выходом нелинейного блока 28 типа Зона нечувствительности, вход которого подключен к выходу датчика 8 уровня воды в холодной камере 3,информационные входы ключей 22-25 соединены с выходами соответственно третьего сумматора 18, задатчи- ка 19 минимального расхода воды на продувку, задатчика 21 минимального уровня воды в холодной камере 3 и задатчика 20 номинального уровня воды в холодной камере 3, управляющие входы ключей 22 и 24 связаны с прямым выходом компаратора 27, а управляющие входы ключей 23 и 25 - с инверсным выходом компаратора 27, выходы ключей 22 и 23 объединены и подключены к второму входу регулятора 12 расхода, выходы ключей24 и 25 обьединены и через блок 29 запаздывания соединены с вторым входом второго регулятора 9 .

В системе управления реализуется следующий алгоритм:

Л|(е) К11(е)-нК21/ет; (Rt-Rt); °

(flt2-Ht2).

J,3 л:з(Н,-нЛ-«1; Лг(1 ()K.

I

Если R t-Ь гЛ R t+r/t

то

Rt-Rmin,

Но.

Если fif -f- r/t fit + r/t, TO 15 Rt Rt -Rt+r/t (Hmln, Hmax, Ht);

H +T Hmln:

0, если Hmin Ht Hmax. .

Kl (Hmln - Ht ) если Hmin Ht

Kl (Hmax -.Ht ) ,еСЛИ Hmax HI

где л:1{е) - закон регулирования ПИ с параметрами Kii. K2I О - номер регулятора);

Ut - управляющие воздействия на линии продувки;

Ut - управляющие воздействия на линии подпитки;

Ut - управляющие воздействия на линии подачи воды на градирню; . Rt - расход воды на продувку;

Rt - расход воды после горячей камеры;

R + т/ - ожидаемый расход воды после градирни с упреждением г, определенный в момент BpeMeHift;

Rt - заданный расход воды на продувку;

R + - ожидаемый расход воды на производство после холодной камеры с упреждением г , определенный в момент вре

менй t:

Ht - уровень в горячей камере;

Ht - уровень в холодной камере;

Ht - заданный уровень в горячей каме

ре;

Ht - заданный уровень в холодной камере;

Rmin - минимальный расход воды на

продувку;.

Hmin - минимальный уровень в холод- ной камере;

Hmax - максимальный уровень в холодной камере;

Но - номинальный уровень в холодной

камере; к - коэффициент потерь воды в градирне;

г- время транспортного запаздывания возмущения потока водм при прохождении через градирню..

Ожидаемый расход воды на производство определяется известным соотношением (прогнозирующей моделью);

R + aiRt-in+Ь ,

i 0

где Rt - расход воды после холодной камеры;.

31 - параметры прогнозирующей модели;

m - порядок модели;

п- шаг квантования времени (п т ); . В - тренд.

Система работает следующим образом.

Уровни воды в горячей 1 и холодной 3 камерах измеряются датчиками 4 и 8. Расходы воды на продувку на выходах горячей 1 и холодной 3 камер измеряются датчиками 11. 14 и 15. Первый регулятор 5 осуществляет регулирование уровня в горячей камере 1 по сигналу от датчика 4 уровня. Задание первому регулятору 5 уровня формирует за- датчик 6 уровня. Управляющее воздействие с первого регулятора 5 уровня поступает на первый сумматор 16, где производится вычитание сигнала, пропорционального расходу, измеренному датчиком 11 расхода воды на продувку. Это позволяет при регулировании уровня воды в горячей камере 1 учесть как расход воды на градирню 2, так и расход воды на продувку. С первого сумматора 16 управляющее воздействие поступает на исполнительный орган 7. Второй регулятор 9 уровня осуществляет регулирование уровня в холодной камере 3 по сигналу от датчика 8 уровня воды в холодной камере воздействием на исполнительный орган 10 в линии подпитки. Регулятор 12 расхода осуществляет регулирование расхода воды воздействием на исполнительный орган 13 на линии продувки. Второй сумматор 17 по сигналам с датчика 14 расхода воды на выходе горячей камеры 1 и датчика 11 расхода воды на продувку формирует ожидаемый расход воды после градирни 2 с упреждением г;

R + r/t(Rt -Rt)K.

При этом используется масштабирование к входам сумматора 17, позволяющее учесть потери воды в градирне 2. Ожидаемый расход воды после градирни 2 равен ожидаемому расходу воды на холодную камеру 3.

Блок 26 вычисления ожидаемого расхода воды на производство осуществляет опл„

ределение прогноза Rt+r/t указанного

расхода по текущим значениям расхода ео- ды, измеренных датчиком 15 расхода воды на выходе холодной камеры.

Блок 26 вычисления ожидаемого расхо- 5 да воды на производство может быть реали- зован на основе программируемого контроллера. Благодаря встроенному программному обеспечению контроллер позволяет -выполнить все функции блока 26.

0 включая сбор информации от датчиков, отсчет временных интер валов, формирование временных задержек и, при необходимости, корректировку параметров прогнозирующей модели.

5 Компаратор 27 осуществляет управляющее воздействие на процесс формирования заданий второму регулятору 9 уровня и регулятору 12 расхода в зависимости от результата сравнения ожидаемых расходов на

0 холодную камеру 3 и на производство.

Стационарное состояние водооборот- ного цикла характеризуется стабильным во- допотреблением производства.. При. этом приход воды на горячую камеру 1 равен

5 расходу воды из горячей камеры 1 (при постоянстве уровня в горячей камере). Расход воды на холодную камеру 3, с учетом потерь воды в градирне 2, меньше, чем расход воды на производство после холодной камеры 3.

0 В этих условиях в соответствии с алгоритмом функционирования системы управления ожидаемый расход воды на производство больше, чем ожидаемый расход воды на холодную камеру 3, и поэтому

5 сигнал с прямого выхода компаратора 27 открывает ключи 23 и 25, а сигнал с инверсного выхода компаратора 27 держит закрытыми ключи 22 и 24. Тем самым задание регулятору 12 расхода поступает с задатчи0 ка.19 минимального расхода воды на продувку и равно минимальному расходу воды на продувку. Задание второму регулятору 9 уровня поступает с задатчика 20 номинального уровня воды в холодной камере и равно

5 номинальному уровню в холодной камере 3. При имеющих место возмущениях в во- допотреблении водооборотный цикл переходит в нестационарное состояние, которое характеризуется колебаниями расхода воды

0 на производство и/или после горячей камеры 1.

В случае, если ожидаемый расход воды на производство становится меньше ожидаемого расхода воды на холодную камеру 3

5 (что может произойти, например, при умень- потребления воды производством , и/или увеличении расхода воды после горячей камеры 1), компаратор 27 выдает новые управляющие сигналы. Сигнал с прямого выхода компаратора 27 закрывает ключи 23

и 25, а сигнал с инверсного выхода компаратора 27 открывает ключи 22 и 24, Это ведет к изменению заданий на второй регулятор 9 уровня и регулятор 12 расхода.

На второй регулятор 9 уровня поступает задание с задатчика 20 минимального уровня воды в холодной камере 3 через блок 29 запаздывания и равное минимально допустимому уровню в холодной камере 3, Таким образом, к моменту изменения соотношения ожидаемых расходов воды на производство и холодную камеру, благодаря блоку 29 запаздывания,, второй регулятор 9 уровня получает новое задание, меньшее номинального, что приводит к перекрытию подпитки, так как уровень в холодной камере 3 приблизительно равен номинальному.

На регулятор 12 расхода поступает увеличенное задание на продувку, так как производство не способно потребить всю воду, которая идет после горячей камеры 1, с сумматора 18 через первый ключ 22. .Сумматор 18 формирует увеличенное задание расхода воды на продувку в зависимости от ожидаемого расхода воды на производство с блока 26 вычисления ожидаемого расхода воды, текущего расхода воды после горячей камеры 1 от датчика 14 расхода и корректирующего сигнала от датчика 8 уровня воды в холодной камере 3, поступающего через нелинейный блок 28. Тем самым, в сумматоре 18 реализуется соотношение

,1-R3j , . , Нгпах, Ht).

Наличие нелинейного блока 28 типа Зона нечувствительности позволяет компенсировать неточность вычисления задания на продувку. Если уровень в холодной . камере 3 стал меньше минимального допустимого значения, то включается подпитка и уменьшается задание на продувку. Если уровень в холодной камере 3 превысил мак- симально допустимое значение, то задание на продувку увеличивается. Если уровень в холодной камере 3 лежит между максимальным и минимальным значением, то коррекция .равна нулю. Особенностью динамического переключения заданий является то, что задания переключаются в строгой последовательности, сначала задания для регулятора 12 расхода, а затем через время т для второго регулятора 9 уровня в холодной камере 3.

В случае, если ожидаемый расход воды на производство превысит ожидаемый расход воды на холодную камеру 3, то задания для второго регулятора 9 уровня и регулятора 12 расхода становятся соответственно равными номинальному уровню в холодной камере 3 (с запаздыванием относительно

текущего времени) и минимальному расходу на Продувку.

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я Система управления водооборотным циклом технологического процесса, содержащая датчик уровня воды в горячей камере, соединенный выходом с первым входом первого регулятора уровня, второй вход которого связан с выходом задатчика уровня, 0 датчик уровня воды в холодной камере, соединенный выходом с первым входом второго регулятора уровня, выход которого связан с входом исполнительного органа, установленного на линии подпитки, датчик 5 расхода воды на продувку, подключенный выходом к первому входу регулятора расхо- . да, выход которого соединен с входом исполнительного органа, установленного на линии продувки, а также исполнительный 0 орган, установленный на линии подачи воды в градирню, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит датчики расхода воды на выходе горячей и холодной камер, три сумматора, 5 задатчики минимального расхода воды на продувку, номинального уровня воды в холодной камере и минимального уровня воды в холодной камере, четыре ключа, блок вычисления ожидаемого расхода воды на про- 0 изводство, компаратор, нелинейный блок типа Зона нечувствительности и блок запаздывания, причем входы первого сумматора соединены с выходами соответственно первого регулятора уровня и датчика расхо- 35 да воды на продувку, а выход - с входом исполнительного органа, установленного на линии подачи воды в градирню, входы второго сумматора соединены с выходами соответственно датчика расхода воды на 40 выходе горячей камеры и датчика расхода воды на продувку, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу блока вычисления ожидаемого расхода воды на производство, 45 вход которого соединен с выходом датчика расхода воды на выходе холодной камеры, входы третьего сумматора связаны соответственно с выходом датчика расхода воды на выходе горячей камеры, с выходом блока 50 вычисления ожидаемого расхода воды на производство и с выходом нелинейного блока типа Зона нечувствительности, вход которого подключен к выходу датчика уровня воды в холодной камере, информационные 55 входы ключей соединены с выходами соответственно третьего сумматора, задатчика минимального расхода воды на продувку, задатчика минимального уровня воды в холодной камере и задатчика номинального уровня воды в холодной камере, управляющие входы первого и второго ключей связа-подключены к второму входу регулятора

ны с прямым выходом компаратора, а управ-расхода, выходы второго и четвертого клюляющие входы третьего и четвертого ключейчей объединены и через блок запаздывания

- с инверсным выходом компаратора, выхо-соединены с вторым входом второго регуляды первого и третьего ключей объединены и5 тора уровня.

Изобретение относится к автоматическому управлению технологическими процессами. Цель изобретения - повышение точности системы управления. Для достижения цели система управления водооборотным циклом технологического процесса содержит датчик уровня воды в горячей камере, первый регулятор уровня, задатчик уровня, исполнительный орган на линии подачи воды в градирню, датчик уровня воды в холодной камере, второй регулятор уровня, исполнительный орган, установленный на линии подпитки, датчик расхода воды на продувку, регулятор расхода, исполнительный орган, установленный на линии продувки, датчики расхода воды на выходе горячей и холодной камер, сумматоры, задатчики минимального расхода воды на продувку, номинального и минимального уровня воды в холодной камере, ключи, блок вычисления ожидаемого расхода воды на производство, компаратор, нелинейный блок типа зона нечувствительности и блок запаздывания. 2 ил.

О

Hfnin

« tMiumim

.1

Нтах Hf

фиг. г