Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи Советский патент 1991 года по МПК F26B25/22 

Изобретение относится к технике управления процессами сушки сыпучих материалов в барабанных сушилках и может найти применение в производстве сажи.

Цель изобретения - повышение надежности управления и экономичности процесса сушки.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи; на фиг.2 - алгоритм функционирования логической части системы управления.

Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи содержит смеситель-гранулятор 1, соединенный трубой 2 с внутренней полостью

сушильного барабана 3, обогреваемого снаружи камерой 4 обогрева. Ввод теплоносителя в барабан осуществляется через патрубок 5, а вывод отработанного теплоносителя - вентилятором 6 отсоса, В камере 4 обогрева размещены горелки 7-9, которые подают теплоноситель в зону AI загрузки, зону А основного обогрева и зону Б вспомогательного обогрева. Подача топлива и воздуха к горелкам осуществляется по трубопроводам 10-15 соответственно, на которых установлены соответствующие датчики 16-21 расходов и исполнительные механизмы 22-24 и 25-27 регулирования расходов топлива и воздуха соответственно в зоны AI, А и Б. Выходы пар датчиков 16 и

о о

ел ел кэ

19, 17 и 20, а также 18 и 21 соединены с входами регуляторов 28-30 соответственно соотношения расход топлива - расход воздуха на горение в зоны AI, А и Б, а выходы регуляторов 28-30 - с управляющими входами соответствующих исполнительных механизмов 25-27 на газоходах подачи воздуха на горение в зоны AI, А и Б. Выходы датчиков 17 и 18 расхода топлива соединены также с входами регуляторов 31 и 32 расхода топлива в зоны А и Б соответственно, а выходы последних связаны с управляющими входами соответствующих исполнительных механизмов 23 и 24. Расход грануляционной жидкости в смеситель- гранулятор 1 определяется расходомером 33, выход которого через блок 34 обратного предварения соединен с первым входом регулятора 35 соотношения расход грануляционной жидкости - расход топлива в зону At, второй вход которого соединен с выходом датчика 16 расхода топлива в эту зону, а выход - с управляющим входом исполнительного механизма 22. Выход датчика 18 расхода топлива в зону Б соединен через блок 36 умножения на постоянный коэффициент и блок 37 обратного предварения с входом Задание регулятора 31 расхода топлива е зону А. Датчики 38 и 39 температуры отработавшего теплоносителя в трубопроводе 40 его отсоса и высушенных гранул в выгрузном патрубке 41 соответственно подключены к своим регуляторам 42 и 43 по входам Переменная, Регулятор 42 выполнен из параллельно включенных по входу Переменная пропорционального 42-1, интегрального 42-2 и дифференциального 42-3 звеньев, выходы которых соедине- ны с входами сумматора 42-4. Вход Задание интегрального звена 42-2 соединен с выходом реле 42-5, входы Которого подключены ко входам Переменная 42-5-1 и Задание 42-5-2 регулятора 42. Регулятор 43 аналогичен регулятору 42. Выходы обоих регуляторов связаны с входами блоков 44 и 45 прямою предварения и первыми входами устройств 46 и 47 сравнения, вторые входы которых соединены с выходами блоков 44 и 45 прямого предварения. Выход устройства 46 сравнения подключен к первым входам элементов ИЛИ-НЕ 48 и И 49, а выход устройства 47 сравнения - к первым входам элементов И 50 и ИЛ И-Н Е 51. Выхо- ды элементов ИЛИ-НЕ 48 и И 49соединены с входами элемента ИЛИ 52, а выходы элементов И 50 и ИЛИ-НЕ 51 соединены с входами элемента ИЛИ 53. Выходы элементов ИЛМ 52 и 53 связаны с управляющими входами реле 42-5 и 43-5 (не показано). Выходы регулятора 32 стабилизации расхода

топлива в зону вспомогательного обогрева Б соединены с первыми входами устройств 54 и 55 сравнения, к вторым входам которых подключены задатчик 56 максимального

значения сигнала и задатчик 57 минимального значения сигнала, а выходы их связаны с вторыми входами элементов И 48, И 50, ИЛИ-НЕ 48 и ИЛИ-НЕ 51. Кроме того, выход регулятора 42 подключен к выходу Задание регулятора 32, а выход регулятора 43 - к входу Задание регулятора 42.

Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи работает следующим образом.

Из смесителя-гранулятора 1, где сухая пылящая сажа при смешении с грануляционной жидкостью образует влажные гранулы, последние по трубе 2 поступают в барабан 3, в котором они высушиваются,

постоянно перемещаясь к выходу, подвергаясь воздействию теплоносителя, просасываемого внутрь барабана 3 через патрубок 5 вентилятором 6, и взаимодействуя с внутренними стенками барабана 3,

обогреваемыми снаружи горелками 7-9, Теплоноситель получают сжиганием топлива в избытке воздуха в режиме полного сгорания. Топливо и воздух поступают к горелкам 7-9 по соответствующим газоходам 10-15. В данном техническом решении дополнительно организована третья зона обогрева - зона AI в месте загрузки барабана наряду с зоной А основного обогрева и зоной Б вспомогательного обогрева. Назначение зоны AI - организация возможности введения упреждающего воздействия по количеству теплоносителя в ограниченной по длине барабана 3 загрузочной зоне по отношению к значительно распределенной по

длине барабана 3 зоне А основного обогрева в зависимости от количества влаги, поступающей в барабан 3 из смесителя- гранулятора 1 с влажной гранулированной сажей. Расходы топлива и воздуха на горение контролируются соответствующими датчиками 16-18 и 19-21 расхода, а их соотношения в зонах AL А и Б поддерживают соответствующими регуляторами 28-30 путем изменения расходов воздуха посредством исполнительных механизмов 25-27 соответственно в зоны AL А и Б.

Регуляторы 28-30 и 35 соотношения в статике реализуют зависимость

Хвх2 КХвх1 0)

где К - коэффициент соотношения, который задается при настройке схемы.

При этом Хвх1 является задающим параметром, а отслеживание соотношения производится по параметру ХВХ2 Для регуляторов 28-30 задающим параметром является значение расходов топлива, измеряемое датчиками 16-18, а соотношения поддерживают коррекцией расходов воздуха на горение.

Регулятор 35 устанавливает расход топлива в зону AI пропорционально сглаженному значению расхода грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор 1, измеренному расходомером 33. Сглаживание сигнала осуществляется блоком 34 обратного предварения по уравнению

dX

вых

dt

+Хв

где Топ - параметр настройки;

Хвх - входной сигнал;

Хвых - сигнал на выходе блока. Цель сглаживания - устранение высокочастотных составляющих входного сигнала.

Регуляторы 31 и 32 расхода топлива в зоны А и Б компенсируют возмущения по давлению топлива и линеаризуют расходные характеристики исполнительных механизмов 23 и 24, обеспечивая необходимую точность стабилизации заданных расходов топлива при любых смещениях их расходных характеристик. Эти регуляторы пропорционально-интегральные (ПИ) и работают в соответствии с уравнением

КПХ

1

вх

Ти

/ Xexdt,

где Хвх и Хвых-входной и выходной сигналы регулятора;

Кп - коэффициент усиления пропорциональной составляющей регулирующего воздействия;

Ти - постоянная времени интегрирования, при этом

Хвх Хп-Хз,(4)

где Хп - величина регулируемого параметра;

Х3 - величина заданного значения регулируемого параметра.

Регуляторы 28-30 и 35 соотношения в динамике работают аналогично ПИ-регуля- торам 31 и 32 согласно (3), ко в качестве входного сигнала на первую группу регуляторов вводится величина

Хвх Kl Хвхч К2 ХВх2 .(5)

где fe/Ki - К.

Сигнал с датчика расхода топлива в зону Б проходит через блок 36 умножения на постоянный коэффициент для соблюдения необходимого по технологии соотношения

тепловых потоков в зоны А и Б. Блок 36 умножения реализует зависимость

Хвых К Хвх,(6)

где К- постоянный коэффициент.

5Далее сигнал, пройдя через блок 37 обратного предварения, работающий аналогично блоку 34 обратного предварения и реализующий выделение низкочастотной составляющей, поступает в качестве зада10 ния на регулятор 31 расхода топлива в зону А основного обогрева. Данная связь необходима по следующей причине: изменение низкочастотной составляющей значения расхода теплоносителя в зону Б вспомога15 тельного обогрева несет информацию о необходимости изменения количества теплоносители в зону А основного обогрева. Регулятор 42, воздействуя на стабилизи- рующий контур расхода топлива на трубопро20 воде 12, по температуре отработавшего теплоносителя, измеряемой датчиком 38, регулирует температуру отработавшего тепло- носителя на выходе из барабана 3 изменением величины вспомогательного

25 теплового потока в зону Б. Регулятор 43 по температуре высушенных гранул сажи, измеряемой датчиком 39 в выгрузном патрубке 41, корректирует заданное значение регулятора 42, обеспечивая точное поддер30 жэние требуемой по регламенту температуры высушенных гранул сажи. Регуляторы 42 и 43 включают пропорциональное (П) 42-1, интегральное (И) 42-2 и дифференциальное (Д) 42-3 звенья, выходные сигналы которых

35 суммируются блоком 42-4. Они реализуют ПИД-закон регулирования

Хвых Кп Хвх / Xexdt + ТПр -, ,- , (7) I и01

где Кп Хвх - пропорциональная составляю- 40 щая регулятора подобно ПИ-регулятору (3), звена 42-1;

1/Ти /XBxdt - интегральная составляющая регулятора подобно ПИ-регулятору (3). звено 42-2;

45 TnpdXex/dt- дифференциальная составляющая регулятора, звено 42-3; Хвх Хп Хз.

Регуляторы 42 и 43 выполнены с переменной структурой за счет введения в их 50 схему реле 42-5 и 43-5. Реле работают по . условию (на примере регулятора 42)

X,

ВХ42 - Бупр вх42 5упр

-О, |Хвых42 - 5- 2. 1 . 1Хзых42 -5 - 1.

(8)

Денное условие означает, что если управляющий сигнал реле 42-5 Хупр 0, то к входу И-звена 42-2 подключено заданное значение параметра и его работа идет обычным

путем согласно выражению (1/Ти /XBxdt), но если управляющий сигнал реле 42-5 Хупр 1, то к входу И-звена 42-2 подключено текущее значение. При этом Х3 Хп или ХВх Хп - Х3 0, т.е. процесс интегрирования блокируется, и величина интегральной составляющей (1/Ти / Xoxdt) не изменяется. При этом П- и Д-звенья регуляторов 42 и 43 продолжают работать по обычному алгоритму.

Выработка управляющего сигнала реле 42-5 и 43-5 осуществляется из следующего условия, Если исполнительный механизм 24 на линии подачи топлива в зону Б находится в одном из предельных положений (полностью открыт или полностью закрыт), а выходной сигнал любого из регуляторов 42 или 43 или обоих одновременно изменяется в направлении этого предельного положения, то логической схемой, состоящей из блоков и элементов 44, 46, 48, 49 и 52 для регулятора 42 и 45,47, 50, 51 и 53 для регулятора 43, вырабатывается сигнал Х8Х42 - 5уПр It и работа И-звеньев регуляторов 42 и 43 прекращается ввиду того, что в дальнейшем она в данной ситуации является ложной, не приводит к дальнейшему увеличению проходного сечения регулирующего органа и вызывает тем самым снижение качества управления.

Точное представление о работе логических схем дает алгоритмах работы (фиг.2). При этом анализ положения исполнительного механизма 24 на линии подачи топлива в зону Б осуществляется по величине сигнала на его управляющем входе с помощью устройств 54 и 55 сравнения и задатчиков 56 и 57 предельных сигналов, общих для обоих регуляторов 42 и 43. Устройство 54 сравнения реализует условие

, ,

Хвых - 1 Хвых О

(9)

Устройство 55 реализует условие

АВЫХ - 0 ,

Хвых 1 .

(10)

Анализ знака изменения выходного сигнала регулятора 42 реализован схемой из блока 44 и устройства 46, а для регулятора 43 - схемой из элементов 45 и 47. Работает схема следующим образом (на примере регулятора 42), Выходной сигнал регулятора 42 подается параллельно на устройство 46 сравнения и блок 44 прямого предварения, работающий по алгоритму

+ ХВ

(11)

где ТПр - постоянная времени предварения. Устройство 46 сравнения реализует усло- 5 вне

у44 Аеых

У44 , уАА АВЫХ Лвх

Y44 Лвх

хг

X

16 л ЫХ I I

46 0,

(12) (13)

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где цифровые индексы - номера блоков и элементов на фиг.1. При этом, если выходной сигнал регулятора 42 увеличивается, то величина скорости dxex/dt, вырабатываемая в блоке 44, имеет положительный знак и выполняется условие (12), В противном случае величина dx/dt отрицательна, и выполняется условие (13).

Далее логический сигнал скорости изменения выходного сигнала регулятора 42 сравнивается с логическим сигналом положения исполнительного механизма 24. Данное сравнение выполнено на элементах ИЛИ-НЕ 48 и И 49 с последующим логическим суммированием на элементе ИЛИ 52, причем элемент ИЛИ-НЕ 48 реализует логическую функцию

0+ 0 1 0+ 1 0

1+0 0 1 +

элемент И 49 реализует функцию 1 +0 0

0+ 0 0 элемент ИЛИ 52 - функцию

1+ 1 1 1 +0 1

0 + 0 0

Для регулятора 43 ции выполняют элементы И 50 и ИЛИ-НЕ 51. При этом, если исполнительный механизм 24 находится в крайнем открытом положении, то устройство 54 сравнения формирует сигнал 1 на вход элемента И 49, При положительной скорости изменения выходного сигнала регулятора 42 (т.е. направленной в сторону увеличения проходного сечения исполнительного механизма 24) с устройства 46 на второй вход элемента И 49 поступает сигнал Г. Совпадение двух единиц приводит к выработке управляющего сигнала 1, который, пройдя через элемент ИЛИ 52, поступает на вход реле 42-5 и переключает его. При этом на вход Задание интегрального звена 42-2 поступает сигнал Переменная 42-5-1, так же как и на

(14)

(15)

(16) аналогичные функвход звена 42-2 Переменная. Равенство сигналов останавливает процесс интегрирования звеном 42-2. Если исполнительный механизм 24 расхода топлива перешел в промежуточное положение или знак скорости выходного сигнала регулятора 42 изменился на противоположный, то на одном или на обоих входах элемента И 49 присутствует О, определяя выходной управляющий сигнал на реле 42-5 (42-5упр), равный О, что приводит к подаче через реле 42-5 на вход Задание звена 42-2 заданного значения и включения его тем самым в работу. В приведенных ситуациях с выхода элемента ИЛИ- НЕ 48 поступает сигнал О, так как он вырабатывает 1 при наличии на обоих входах сигналов О. Допустим, что исполнительный механизм 24 расхода топлива переместился в закрытое состояние, тогда устройство 55 вырабатывает сигнал О, который поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 48. Если при этом скорость изменения регулирующего воздействия регулятора 42 отрицательная, то на второй вход элемента ЙЛИ-НЕ 48 приходит тоже О, после чего управляющий сигнал 1 через элемент 52 вновь переключает реле 42-5 и отключает работу интегрального звена 42-2 регулятора 42. Аналогично осуществляется регулирование температуры высушенных гранул.

Пусть, например, увеличилась нагрузка на барабан 3 по количеству мокрых гранул, расход грануляционной жидкости в этом случае увеличивается, и пропорционально ему с помощью регулятора 35 увеличивается подача теплоносителя в зону загрузки AI, обеспечивая введение упреждающего воздействия. Зона AI существенно короче зоны основного обогрева, поэтому дополнительно поданный теплоноситель в зону AI воздействует на процесс сушки на коротком начальном участке барабана, не внося тем самым возмущения на зону А основного обогрева. Если этого дополнительного количества теплоносителя не хватит для компен- сации возмущения по расходу грануляционной жидкости, то снижается температура отработавшего теплоносителя, поэтому регулятор 42 увеличивает количество теплоносителя в зону Б. Эта тенденция проявляется через фильтр и путем постепенного увеличения задания на регулятор 31 обеспечивает увеличение подачи теплоносителя в зону А основного обогрева. Регулятор 43, корректируя задание регулятору 42, обеспечивает точность регулирования температуры высушенных гранул. Формула изобретения Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи в

прямоточной барабанной сушилке с позон- ным наружным обогревом, содержащая расходомеры топлива и воздуха на горение в зоны основного и вспомогательного обогреBOB, подключенные к входам соответствующих регуляторов соотношения расходов топлива и воздуха, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих исполнительных механизмов на

0 трубопроводах подачи воздуха на горение, регуляторы расхода топлива в зоны основного и вспомогательного обогревов, к входам, которых подключены расходомеры топлива в эти зоны, а к выходам - управля5 ющие входы исполнительных механизмов на трубопроводах подачи топлива в эти зоны, датчики температуры отработавшего теплоносителя и высушенных гранул, соединенные с входами Переменная соответст0 вующих регуляторов, каждый из которых содержит параллельно включенные пропорциональный, интегральный и дифференциальный элементы, выходы которых подсоединены к входам сумматора, выход

5 которого является выходом регулятора, при этом вход Задание каждого регулятора выведен на пропорциональный элемент, причем выход регулятора температуры отработавшего теплоносителя соединен с вхо0 дом Задание регулятора расхода топлива в зону вспомогательного обогрева, а выход регулятора температуры высущенных гранул - с входом Задание регулятора температуры отработавшего теплоносителя,

5 выход расходомера топлива в зону вспомогательного обогрева через блоки умножения и обратного предварения подключен к входу Задание регулятора подачи топлива в зону основного обогрева, отличающа0 я с я тем, что, с целью повышения надежности управления и экономичности процесса сушки, она дополнительно содержит датчики расхода подачи топлива и воздуха на горение в зоне загрузки барабана, два регу5 лятора соотношения, расходомер грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор сажи, второй блок обратного предварения, четыре устройства сравнения, задатчик максимального значения сигнала, задатчик ми0 нимального значения сигнала, два элемента .И, два элемента ИЛИ-НЕ, два элемента ИЛИ, два реле, два блока прямого предварения, при этом расходомер грануляционной жидкости подключен через второй блок

5 обратного предварения к первому входу первого регулятора соотношения, датчик расхода топлива в зону загрузки барабана подключен к второму входу этого регулятора, а выход первого регулятора соотношения - к управляющему входу

исполнительного механизма на трубопроводе подачи топлива в зону загрузки барабана, к входам второго регулятора соотношения подключены датчики расхода топлива и воздуха на горение в зону загрузки барабана, а к выходу-управляющий вход исполнительного механизма на трубопроводе подачи воздуха на горение в эту зону Обогрева барабана, выход регулятора температуры отработавшего теплоносителя подключен к входу первого блока прямого предварения и к первому входу первого элемента сравнения, второй вход которого связан с выходом первого блока прямого предварения, а выход первого устройства сравнения связан с первыми входами первых элементов И и ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, а выход блока подключен к управляющему входу первого реле, выход регулятора температуры высушенных гранул связан с вторым блоком прямого предварения, который, в свою очередь, соединен с соответствуюСажа.

Грануляционнаяжидкость

на горение

щим устройством сравнения, элементами И, ИЛИ-НЕ, ИЛИ и реле, как и первый блок прямого предварения, первый вход первого реле соединен с входом Задание регулятора температуры отработавшего теплоносителя, а второй вход первого реле соединен с входом Переменная этого регулятора, выход первого реле подключен к входу Задание интегрального элемента

0 этого регулятора, второе реле подключено аналогично к регулятору температуры высушенных гранул, выход регулятора расхода топлива в зону вспомогательного обогрева подключен к первым входам третьего и чет5 вертого устройств сравнения, к второму входу третьего устройства сравнения подключен задатчик максимального значения сигнала, к второму входу четвертого устройства сравнения подключен задатчик

0 минимального значения сигнала, выход третьего устройства сравнения соединен с вторыми входами элементов И, а выход четвертого - с вторыми входами элементов ИЛИ-НЕ.

QmpaSomaSuiutJ теплоноситель на очистку

%г.

Изобретение относится к технике управления процессами сушки, может быть использовано в производствах гранулированной сажи и позволяет повысить надежность управления и экономичность процесса сушки. Для этого ведут подачу дополнительного теплового потока в зону А₁ загрузки барабана 3, которую устанавливают пропорционально расходу грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор 1 регулятором 35 соотношения, подачу теплового потока в зону А основного обогрева - пропорционально сглаженному значению расхода теплоносителя в зону Б вспомогательного обогрева, а в зону Б вспомогательного обогрева - в зависимости от температуры отработавшего теплоносителя на выходе барабана 3 регулятором 42, заданное значение которого корректируется регулятором 43 по температуре высушенных гранул сажи. В регуляторы 42 и 43 введены реле 42 - 5 и 43 - 5, которые отключают работу интегральной составляющей при достижении исполнительным механизмом 24 расхода топлива в зону Б крайних положений. 2 ил.