Система управления производством аммиака Советский патент 1991 года по МПК C01C1/04 G05D27/00 

Изобретение касается управления химическими процессами и может быть использовано в про м и тленности по производству минеральных удобрений и в химической промышленности в производстве аммиака.

Целью изобретения является увеличение производительное и процесса за счет повышения качества управления составом смеси и предупреждения аварийных режимов.

На фиг. ч приведена функциональная схема сисгемы управления; на фиг. 2 - фрагмент системы управления с использованием нескольких измерителей температур смеси после шахт конвертора первой ступени; на фиг. 3 - фрагмент системы управления с использованием формирователя положения вентиля подачи природного газа.

Система управления режимом технологического объекта включает конвертер 1 первой ступени (фиг. 1), конвертер 2 второй ступени, колонну 3 синтеза, содержит формирователь 4 соотношения между водородом и азотом, вентиль 5 подачи природного газа, первый 6 и второй 7 регуляторы, задатчик 8, измеритель 9 подачи газа, измеритель 10 давления смеси, измеритель t1 температуры смеси после конвертера первой ступени, первый 12 и второй 13 элементы сравнения, элемент 14 ИЛИ, программный ограничитель 15, первый 16 и второй ограничители, первый 18 и второй 19 вентиль подачи воздуха, формирователи 20 и 21 положения первого и второго вентилей подачи воздуха, первый 22, второй 23 и третий 24 функциональные блоки, пороговый элемент 25, переключатель 26, множитоль 27.

О

о ю

00

С

СО

Формирователь 4 предназначен для формирования величины текущего соотношения S между водородом и азотом в системе циркуляции и может быть реализован с использованием промышленного хроматографа.

Вентиль 5 предназначен для изменения подачи природного газа.

Первый регулятор 6 предназначен для поддержания задаваемого расхода природного газа и может иметь ПИ-структуру.

Второй регулятор 7 предназначен для выработки управления по изменению расхода природного газа из условия поддержания соотношения S относительно задания з, вводимого в камеру задания этого регулятора.

Задатчик 8 предназначен для запоминания задания по расходу газа, вводимого в регулятор 6. Измеритель 9 предназначен для формирования величины расхода природного газа.

Измеритель 10 предназначен для формирования величины давления Р в системе циркуляции или в системе подачи свежей смеси.

Измеритель 11 предназначен для формирования величины температуры t газа после конвертера первой ступени.

Первый элемент 12 сравнения предназ начен для сравнения давления Р с ограничителем Вр и выработки сигнала N при Р Вр.

Второй элемент 13 сравнения предназначен для сравнения температуры смеси по еле конвертера первой ступени с ограничителем Ht и выработки сигнала К при t Ht.

Элемент 14 ИЛИ предназначен для выработки сигнала В при наличии хотя бы од ного входного сигнала.

Программный ограничитель 15 предназначен для ограничения скорости изменения подачи газа. Если Л Г Bs. то принимается А Г Bs; если Л Г- Hs, то принимается ЛГ Hs, Hs 0; Г - подача газа, А Г - изменение подачи газа за задан ный промежуток времени.

Первый ограничитель 16 предназначен для ограничения подачи газа по максимальному и минимальному значениям (F и HF).

Второй ограничитель 17 предназначен для блокировки увеличения подачи газа при наличии сигнала В занулением положительного приращения А Г.

Первый вентиль 18 подачи воздуха предназначен для изменения подачи воздуха в конвертер 2 по основной магистрали.

Второй вентиль 19 подачи воздуха предназначен для изменения подачи воздуха в конвертер 2 по байпасной магистрали.

Формирователи 20 и 21 предназначены

для формирования величин Wi и Л/2, соответствующих степени открытия вентилей 18 и 19 подачи воздуха.

Первый 22 и второй 23 функциональные блоки предназначены для формирования

величин разностей AI П - Wi, А - Г2 - Л/2, где П и Г2 ограничения по величинам Wi и Л/2.

Третий функциональный блок 24 предназначен для формирования величины К в зависимости пт AI и Аг : К «(Ai,A2),.

Например,К а0 + aiAi + а2Аг + азАтАг.

Зависимость для К формируется так,

чтобы при полностью открытых вентилях К

было равно 1. Коэффициент К уменьшается при закрытии вентилей, что соответствует увеличению ресурсов исполнительных механизмов.

Пороговый элемент 25 предназначен

для выработки сигнала R при уменьшении управления по подаче газа ( А Г 0). Если подача газо увеличивается или не меняется ( А Г 0) сигнал R отсутствует.

Переключатель 26 предназначен для

выдачи управления на задатчик 8. При наличии сигнала R выход переключателя соединен с вторым его входом, при отсутствии сигнала R зыход переключателя соединен с сю первым входом.

Множпгель 27 предназначен для умноЖРН /Я двух величин, подаваемых нэ его входы.

Система работает следующим образом. При помощи формирователя 4 формируется текущее значение S, которое подается на вход второго регулпорп 7. При помощи измерителя 10 опредепястся величина давления Р и подается на вход первого элемента 12 сравнения, с помощью которого

сравнивается давление Р с ограничением Вр и при Р Вр выдается сигнал на первый вход элемента 14 ИЛИ. С помощью измерителя 11 формируется значение температуры газа после конвертора первой ступени и подается на вход второго олементн 13 сравнения . с помощью которого сравнивается температура т с ограничением. HI и при t Ht выдается сигнал К на второй вход элемента 14 ИЛИ. С помощью элемента 14

ИЛИ вырабатывается cm нал В. при поступлении сигнала N или К либс при одновременном поступлении N и К. Сигнал В подастся на первый вход второго ограничителя 17. С помощью второго регулятора 7

вырабатывается управление по изменению расхода природного газа из условия поддержания соотношения S относительно задания з, вводимого в камеру задания регулятора 7. Полученное в регуляторе 7 управления подается на второй вход второго ограничителя 17, где оно корректируется в зависимости от наличия сигнала В и подается на вход программного ограничителя 15, а с выхода этого ограничителя - на вход первого ограничителя 16.

С помощью ограничителей 15 и 16 управление корректируется по допустимой скорости изменения подачи газа (Hs и Bs) и по допустимым величинам подачи газа (Нр, Вг-). Затем управление выдается на второй вход множителя 27 и вход порогового элемента 25.

При помощи формирователей 20 и 21 определяются величины положения вентилей подачи воздуха и подаются на входы первого 22 и второго 23 функциональных блоков, где формируются величины Лчи А2, подаваемые соответственно на входы третьего функционирования блока 24.

С помощью блока 24 формируется величина К, подаваемая на первый вход множи теля 27, в котором управление по газу умножается на коэффициент К и подается на второй вход переключателя 26

При помощи элемента 25 формируется сигнал R, подаваемый на тритии вход переключателя.

В зависимости от сигнала R на вход задатчика 8 поступает либо неизменное управление по подаче газа (при Д Г ., 0) от ограничителя 16, либо уточненное упрзпле- ние от множителя 27 (при Л Г 0)

С помощью регулятора 6, вентиля 5 и измерителя 9 поддерживают расход газа из условия регулирования соотношения S относительно задания з.

При использовании дпухшахтного конвертера первой ступени с замерами температур после каждой шахты система может быть улучшена (фиг. 2) за счет ввода дополнительного измерителя 28 температуры после шахты этого конвертера и блока 29 селекции, предназначенного для выбора наименьшего сигнала из сигналов, подаваемых на его выходы. При этом из нескольких температур выбирается наименьшая и подается на вход второго элемента 13 сравнения.

Система может быть также улучшена (фиг. 3) за счет ввода формирователя 30 положения вентиля подачи газа, третьего элемента 31 сравнения и добавления третьего входа у элемента 14 ИЛИ. Формирователь

30 и элемент 31 сравнения предназначены для определения положения вентиля подачи газа, его отклонения от верхней границы ГЗ и выдачи соответствующего сигнала на

третий вход элемента 14 при достижении вентилем границы.

При этом блокировка увеличения задания по подаче газа производится за счет работы элемента 14 и в том случае, когда

0 вентиль 5 полностью открыт, что снижает погрешности в работе системы. В этом случае элемент 14 может быть реализован на базе двух элементов ИЛИ, каждый из которых имеет два входа.

5Система может быть реализована как на

базе УВМ, так и с использованием аналоговых средств автоматизации

Предложенная система обеспечивает по сравнению с прототипом более высокое

0 качество управления составом смеси, по- снижает перерегулирования при ус- транении предаварийных ситуаций. Наибольшее быстродействие системы при максимально возможной подаче воздуха.

5 Но при отказах в работе средств подачи воздуха или ошибках оператора происходит устранение прсдварийного режима коррекцией подачи газа и в случаях, когда подача воздуха не равна максимально возможной.

0Это ведет к повышению стабильности

процесса синтеза и увеличению его производительности

Формула изобретения

1 Система управления производством

5 аммиака содержащая формирователь соотношения между водородом и азотом в цикле синтеза, подключенный через второй регулятор к второму входу второго ограничителя, выход которого через программный

0 ограничитель подключен к первому входу первого ограничителя, измеритель давления смеси в цикле синтеза, соединенный через первый элемент сравнения с первым входом элемента ИЛИ, выход которого под5 ключен к первому входу второго ограничителя, измеритель температуры смеси после конвертора первой ступени, подключенный через второй элемент сравнения ко второму входу элемента ИЛИ, задатчик. выход кото0 рого связан с первым входом первого регулятора, соединенного своим выходом с вентилем подачи природного газа, измеритель подачи природного газа, подключенный к второму входу первого регулятора и

5 второму входу первого ограничителя, выход которого подключен к первому входу переключателя, связанного своим выходом с входом задатчика, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности процесса за счет повышения качества

управления составом смеси и предупреждения аварийных режимов, она дополнительно содержит второй вентиль подачи воздуха, формирователи положения первого и второго вентилей подачи воздуха, три функциональных блока, множитель и пороговый элемент, при этом выход формирователя положения первого вентиля подачи воздуха подключен к входу первого функционального блока, выход которого соединен с первым входом третьего функционального блока, подключенного своим выходом к первому входу множителя, выход которого соединен с вторым входом переключателя, выход формирователя положения второго вентиля подачи воздуха подключен к входу второго функционального блока, выход которого соединен с вторым входом третьего функционального блока, выход первого ограничителя дополнительно подключен к второму входу множителя и входу порогово0

го элемента, связанного своим выходом с третьим входом переключателя.

2. Система поп. 1,отличающаяся тем, что она дополнительно содержит несколько измерителей температуры смеси после шахт конвертора первой ступени и блок селекции, при этом выходы измерителей температур смеси-после щахт конвертора подключены к входам блока селекции, а выход блока селекции соединен с входом второго элемента сравнения.

3. Система по п. 1, и/или по п. 2, о т л и- ч а ю-щ а я с я тем, что она дополнительно

содержит формирователь положения вентиля подачи природного газа и третий элемент сравнения, при этом выход формирователя положения вентиля подачи газа подключен к входу третьего элемента сравнения, выход

которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ.

Изобретение относится к управлению химическими процессами, может быть использовано в химической промышленности и позволяет повысить производительность процесса. Система управления содержит конверторы 1 и 2 первой и второй ступени, колонну 3 синтеза, формирователь 4 H₂N₂, регуляторы 6 и 7, задатчик 8, измерители подачи газа 9, давления смеси 10 и температуры 11, элементы 12 и 13 сравнения, элемент 14 ИЛИ, программный ограничитель 15, ограничители 16 и 17, формирователи 20 и 21 положения вентилей, функциональные блоки 22 - 24, пороговый элемент 25, переключатель 26 и множитель 27. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

ft конвертеру 1

/f конбертеру 2

x f /(элементу №

От задал чиха 8 Фиг.З