Устройство для регулирования температуры Советский патент 1990 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и мо жет быть использовано при регулировании температуры в технологических аппаратах в химической и других отраслях промьшшенности, например, при

регулировании температуры продукта в

реакторах периодического действия с мешалками и рубашками для обогрева теплоносителем.

Цель изобретения - расширение области применения и повьшение точности регулирования.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит датчики 1 и 2 температуры, функциональный преобра- зователь 3, двухпозиционный регулятор 4, управляющий-исполнительными устройствами-клапанами 5 и 6. Двухпозиционный регулятор содержит задат чик 7, блок 8 сравнения, релейный .блок 9, блок 10 задержки, блок 11 автоподстройки, в качестве которого используется либо логический элемент И (если функция преобразователя 3 max), либо логический элемент ИЛИ (если функция преобразователя 3 min) усилители 12 и 13 мощности, к кото- рым подключены соответственно прямой и инверсный выходи блока 11.

Устройство обеспечивает регулиро- вание температуры продукта в аппарате 14, Продукт перемешивается в процессе нагрева мешалкой с помощью привода 15. Теплоноситель поступает в рубашку аппарата по трубопроводу 16, а хладоноситель - по трубопроводу 17 Теплоноситель и хладоноситель удаляется из рубашки аппарата по трубопроводу 18.

В случае, если в качестве функцио нального преобразователя использован блок определения максимума, а в качестве блока автоподстройки / - элемент И, TO работа устройства происходит слвцуюш м образом. Напряжения с выходов датчиков 1 и 2 поступают на входы функционального преобразователя 3, Поскольку инерционность первой емкости значительно меньше, чем второй (масса продукта), то в начале нагрева напряжение U2 возрастает быстрее, чем U.j , и на выходе преобразователя 3 формируется сигнал , равный по значению U-, Этот сигнал поступает на первый вход бло- ка 8 сравнения регулятора 4, на второй вход которого поступает сигнал и от задатчика 7, В начальный момент времени значение сигнала U меньше значения U4, сигнал IT -имеет положительное значение, а на выходе релейного блока 9 сигнал имеет

о

нулевое значение и поступает на вход блока 11 автоподстройки и блока 10 задержки. Инверсный выход блока 11 автоподстройки находится в единичном состоянии и под воздействием сигнала U-J с выхода усилителя мощности клапан 6 открыт. При достижении тем

пературой на выходе установки заданного значения происходит переключение сигнала U, на выходе релейного элемента в единичное состояние, Пе- {эеключение вьгходов автоподстройки блока происходит с задержкой, определяемой блоком задержки. Величина задержки выбирается таким образомj чтобы отключение клапана 6 и включение клапана 5 на линии подачи хладагента происходило после достижения напряжением U величины U..

Величина задержки может быть определена экспериментально или рас- четнр Следующим образом.

Динамические свойства массы продукта и теплоносителя (воды) в рубашке аппарата могут быть приближенно описаны выражениями вида

V г. W.(P) feVr ;(1)

TCP + 1

Vp)|f|

(2)

де К

., Kg- коэффициент усиления

элементов объекта соответственно массы продукта и рубашки с водой; постоянные времени указанных элементов; р, tg- значения запаздывания в указанных элементах, Температура воды в начале нагреа изменяется по закону

Т - 8

(TV

®в Vi -бес) (1-е

i-Ce в

9

бо

) +

(3)

Из (3) при OB 8, находят время

нагрева

4t, t, +Tgin|5|: | i.(4) joift

Максимальный нагрев продукта за

время нагрева t :

-е,/т.

0с, 9е,-ь (, -ej(1 - е ).(5)

Условием нормального регулирования процесса является вьфажение

55

QC, S«A ИЛИ с учетом (5) и (4)

(6)

КсВ, - (KcBi-ece)e

- B/TC

VTc

(7)

бэ«А

начальные значения тем

пературы воды и смеси; 5 заданное значение температуры;

- характеристика регулятора.

10

Условия (6) и (7) означают то, что величина задержки должна быть выбрана таким образом, чтобы при отключении подачи теплоносителя по значению температуры на выходе установки в точке 1 с задержкой относительно точки 1 время между моментом отключения и достижением максимального значения температуры про- дукта 0(, было, по крайней мере, не меньше запаздьшания 2 . При равенстве этого времени . получают процесс без перерегулирования, в случае , если данное время меньше С, получают колебания на уровне ниже заданного.

Время достижения температурой воды в рубашке заданного значения

510

15

2025

чения, а подключение теплоносителя в момент времени, задержанный относительно момента снижения температуры на выходе установки ниже заданного значения на время, определяемое блоком задержки. Время задержки выбирается из условия снижения температуры продукта ниже заданного значения и определяется экспериментально или приближенно расчетным методом следующим образом.

Температура продукта в начале нагрева изменяется по закону

- Сс

ее (,.(1 - е )

(8)

Температура продукта достигает заданного значения &заА время tj, которое определяется из (8)

К сВ j - G c-t

-с с- IT В - О

УЭ«А

t, Т In г , (9)

время нагрева

t, t,.

(10)

Изобретение предназначено для регулирования температуры в технологических аппаратах в химической и других отраслях промышленности, например, при регулировании температуры продукта в реакторах с рубашками для обогрева теплоносителем. Целью изобретения является расширение области применения и повышение точности регулирования. Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры содержит датчик температуры продукта в технологическом аппарате, задатчик, подключенный к первому входу блока сравнения, функциональный преобразователь, релейный блок, клапаны подачи тепло- и хладоносителя, датчик температуры теплоносителя на выходе технологического аппарата, выход которого подключен к первому входу функционального преобразователя, к второму входу которого подключен выход датчика температуры продукта, а к выходу - вход блока сравнения. Устройство содержит также блок задержки и блок автоподстройки, причем вход блока задержки подключен к выходу релейного блока, а выходы блока задержки и релейного блока подключены к входам автоподстройки, к выходам которого подключены клапаны на линиях подачи тепло- и хладоносителя. При использовании в качестве функционального преобразователя блока определения максимума в качестве блока автоподстройки используется элемент И, а при использовании в качестве функционального преобразователя блока определения минимума в качестве блока автоподстройки используется элемент ИЛИ. Устройство обеспечивает режим работы, эквивалентный в динамическом отношении работе регулятора с инверсным гистерезисом при значительном отношении инерционностей массы продукта и рубашки аппарата. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

/ . гп -Ь Tg

KeBi- б 60

/КВЙ1 Чо

0.

).

зал Время достижения продуктом задан- о,го значения

. {1 . т 6ctf

t, - Се+ й.„ )

КсВ,- 0

Минимальное время задержки блока 10

.tr-t,-t,-C,.T.ln( - cKljI J-.Максимальное время задержки бло- ка 19

. /ЛИН л

dt -dt + , ,

В случае, если в качестве функционального преобразователя использован блок определения минимума, а в качестве блока автоподстройки - элемент ИЛИ, то работа устройства происходит аналогично, но с измене- нием последовательности срабатьгаания релейного блока 9 и блока 11 автопод стройки.

В этом случае подключение хладо- носителя происходит при превьшгении температурой продукта заданного зна

максимальная температура продгьт та за время нагрева определяется из (1) с учетом (3)

Сс

&сГ с (,-0з«)е

, (11)

максимальная температура воды за время нагрева

9в, 0- (-б«о)(1 )Д12)

охлаждение воды после достижения ©

происходит по закону

-()

ь

0в (0вГ «. в

+ В,Кв,

4(13)

температура воды понизится до вддд ко времени t, которое определяется из (13)

4-T.in,,V,),

l-V%i .

(14)

время охлаждения

/3ti tj - t, + Tgln

6б1- бэад

(15)

продукт охлаждается за время охлаждения до величины.

. -dti/ c О - (в.

СМ«Н1

BjKj,.

- BjK ).е

(16)

Условием нормального регулирования гЬоцесса является выражение

(17)

и

1

6

ЗЯА

Которое с учетом(16) и (15) может быть записано:

t /Г

КёВ/1 -е:

- Сс -R тс 1

.«Д-е.- BjK,;J

н-9э

уj 6i- BiKs .-Tj/ Hc esox- где В,, В j значения.выхода блока 9.

Определение времени задержки блока 10 во втором варианте выполнения устройства осуществляется аналогично из (18).

Минимальное время задержки блока.

ilO

KfiB у- 661

/АМН t,

Т 1„/К 1-6с1

1 1 РВ1 V ,-бэйд

вПА

В

(18) 20

25

30

Максимальное время задержки блока 10

л 3 t , ;

4t,

при параметрах О в, и 6ci определяемых по выражениям (11) и (12),

Таким образом, применение устройства позволяет обеспечить работоспособность регулятора температуры как регулятора с инверсным гистерезисом при значительной величине отношения, инерционностей массы продукта и рубашки аппарата с теплоносителем, применение которого позволяет получить высокую точность регулирования в установившемся режиме при различных

характеристиках переходного са.

процес0

5

0

25

30

35

Формула изобретения

40 блока определения максимума, а блок автоподстройки - в виде элемента И.

45 виде блока определения минимума, а блок автоподстройки - в виде элемента ИЛИ.