Устройство для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке Советский патент 1991 года по МПК F26B21/10 

Изобретение относится к автоматизации процессов сушки материалов во вращающихся барабанных сушилках, обогреваемых топочными газами, и может быть использовано при сушке, например, измельченной древесины.

Цель изобретения - повышение точности управления.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке.

Устройство для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке содержит сушильный агрегат 1 барабанного типа, датчик 2 расхода топочных газов, поступающих в сушильный агрегат 1, датчик 3 конечной влажности материала, датчик 4 температуры отходящих топочных газов, дозатор 5, подающий сырой материал в сушильный агрегат 1. датчик 6 расхода исходного материала, регулятор 7 расхода исходного материала с регулируемым приводом 8, топку 9 для сжигания топлива, регулятор 10. расхода топочных газов, который соединен с исполнительным механизмом 11 на подаче топочных газов в сушильный агрегат 1, измерительные нормирующие преобразователи 12, предназначенные для преобразования выходных сигналов датчиков 2,3,4 и 6 в унифицированные сигналы напряжео

00 00

о

00

OJ

ния, многоканальный преобразователь 13 напряжение - код, входы которого соединены с нормирующими преобразователями 12, а выходы - с масштабирующими блоками 14-17, блок 18 оценок, блок 19 вычисления ковариационных матриц, блок- 20 коррекции, двухканальный преобразователь 21 код - напряжение, задатчики 22 и 23,

Масштабирующие блоки 14-17 Преобразуют значения ходов х в значениях измеряемых физических величин у по формуле

у Ах + В,

где А.В - коэффициенты аппроксимации (справочные величины).

Задатчик 22 злдзег коэффициенты bit,bi2,b2i,b22,hii,hi2,h22, начальные значения Рц(0), Pi2(0), P21(0), P22(0), матрицы коэффициентов ковариации ошибок оценки температуры топочных газов и влагосодер- жания высушиваемою материала, значений дисперсий шумов сушильного агрегата I

°qi °q2 (эмпирические величины), а зэдзт- чик 23 - значения дисперсий шумов измерения температуры уходящих газов о и влагосодержания высушиваемого материала Ои.

В блоке 18 оценок новые значения оценок температуры с (k н-1) и влагосодержания U(k+ 1) в момент времени k +1 вычисляются из предыдущих значений оценок температуры t(k) и влагосодержания 0(k), полученных в момент времени k, путем прибавления взвешенных разностей между измерениями t(k + 1), U (k + 1) в момент времени k - 1 и оценками этих измерений в момент времени k и прибавления детерминированных управляющих воздействий по расходу сырья G (k + 1) и топочных газов Grr (k + 1) с соответствующими коэффициентами. Новые значения оценок выходных параметров для сушильных агрегатов барабанного типа вычисляются по следующему алгоритму:

t(k-H) h22t(k)4 K2i(k+1)U(k+1)- (hiiU(k)+ hi2t(k))+K22(k+1) t{k+

+ 1)-hi2t(k)+b2iG(k+1)+b22GTr(k+1); (2)

U(k-M) - hiiU(k)+hi2t(k)+Kii(k+1}x

(k+1)-(hiiU(k)+Hi2t(k)+

+ Ki2(k+1)t(k+1)-hv2t(k)b

bnG(k+1)+bi2GTr(k+1).

(3)

где bn,bi2.b2i, b22,hn.hi2 и h22 - коэффициенты, получаемые в результате иден5 тификации сушильного агрегата барабанного типа известными методами, например, путем регрессионной идентификации линейных динамических процессов; Кп (k + 1), Ki2 (k + 1), «21 (k + 1) и

10 K22(k + 1) - коэффициенты коррекции, которые определяются в блоке 20 коррекции,

Блок 19 вычисления ковариационных матриц функционирует по следующему алгоритму:

15

(4)

P (k+ 1)HP(k)HT + Q;

Р (k + 1) P (k + 1) -К (P+1)p (k + 1), (5)

где

hn

- oЈi

.. Г П11 П12 Т . n Г Uql U -i

H L 0 122 J Q L 0 Ј J

Т - знак транспортирования матрицы.

При этом Р(к) получается из P(k + 1) задержкой на один шаг, а в начальный момент задается априорной матрицей Р{0) коэффициентов ковариации ошибок оценки температуры поточных газов и влагосодержания

высушиваемого материала.

Матрица коэффициентов коррекции К (k + 1) определяется в блоке 20 коррекции и для блока вычисления ковариационных матриц является входной величиной.

Матрица Н задает структуру сушильного барабана как двумерного динамического объекта управления.

В блоке 20 коррекции по нижеследующему алгоритму вычисляются коэффициенты коррекции Kn(k + 1), Ki2{k + 1), K2i(k + 1) и K22(k + 1), которые используются в блоке 18 оценок и блоке 19 вычисления ковариационных матриц:

К (k + 1) P(k + 1) Р (К -f 1) + R (k)J1,( 6)

где К (k + 1)

50

г Kn(k + 1) Ki2(k + 1 ) -л . L Ки f k + 1 ) K22 ( k + 1 ) J

P (k + 1) - матрица ковариации ошибок оценки температуры топочных газов t и влагосодержания высушиваемого материала U;

R(k)

ГО О

L о о2

0 , Ou - дисперсии шумов измерений температуры уходящих топочных газов и влагосодержания высушиваемого материала (эмпирические величины).

Устройство для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке работает следующим образом.

Оператор перед началом процесса суш- ки с помощью задатчика 22 задает блоку 18 оценок и блоку 19 вычисления ковариацион- ных матриц значения коэффициентов hn,hi2 и hi22: кроме того, блоку 18-значения коэффициентов bn,bi2,b2i,b22: блоку 19 - начальные значения коэффициентов Рц(0), Pi2(0); P2i(0), P22(0) и значения дисперсии

шумов Oq1 и Oq2 з с помощью задатчика 23 задает значения дисперсий шумов измере- ний о,о2 блоку 22 коррекции. После вывода сушильного агрегата 1 на номинальный режим и включения в работу локальной автоматики пуском блока 19 оператор включает в работу устройство для автоматического управления процессом сушки. Информация с датчика 6 расхода исходного материала, датчика 2 расхода топочных газов, датчика 4 температуры отходящих топочных газов и датчика 3 конечной влажности материала через нормирующие преобразователи 12, многоканальный преобразователь 13 напряжение - код и масштабирующие блоки 14-17 непрерывно поступает на входы блока 18 оценок. Сюда же на другие вхо- ды поступают значения коэффициентов коррекции Kn(k + 1), Ku(k + 1), K2i(k + 1) и «22(k + 1). В блоке 18 оценок по заданному алгоритму (2),(3) путем суммирования и умножения поступивших величин с учетом значений оценок на предыдущем k-м шаге вычисляются новые значения оценок температуры t(k + 1) и влагосодержания 0 (k + 1) на (k + 1)-м шаге. Полученные оценки отфильтрованы от шумов объекта и шумов измери- тельной аппаратуры. С выходов блока 18 оценок через многоканальный преобразователь 21 код - напряжение новые значения оценок1 (k + 1) и U (k + 1) поступают соответственно на локальный регулятор 10 рас- хода топочных газов и локальный регулятор 7 расхода сырого материала. Регуляторы 10 и 7 в соответствии со значениями заданий и выбранными законами регулирования через исполнительные механизмы 11 и 8 при- водят в соответствие расход топочных газов и сырого материала температуре уходящих топочных газов и влагосодержанию высушиваемого материала. Одновременно в блоке 20 коррекции по алгоритму (6) на основании текущих значений коэффициентов ковариаций ошибок оценки температуры топочных газов и влагосодержания высушиваемого материала P22(k + 1), P2i(k + 1), Pi2(k + 1), Pn(k+ 1)и дисперсий шумов измерений Ot , Ои . поступивших на его входы, рассчитываются значения коэффициентов коррекции Kn (k + 1),Ki2(k + 1), «2i(k + 1) и K22(k + 1), которые используются в блоке 18 и параллельно подаются на входы блока 19 вычисления ковариационных матриц, В последнем по алгоритму (4),(5) рассчитываются значения матрицы коэффициентов ковариаций P (k + 1) ошибок оценки температуры топочных газов и влагосодержания высушиваемого материала. При этом в начальный момент времени после запуска устройства в работу в качестве матрицы ковариаций Р(к) используются заданные начальные значения Рц(0), Pi2(0), P2i(0) и Р22(0), в качестве которых при отсутствии достоверной информации можно принять для Рц(0) и Р22(0) большие положительные числа, a Pi2(0) P2i(0) 0.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке, содержащее датчики температуры отходящих газов, конечной влажности материала и расхода исходного материала, регуляторы расхода исходного материала и топочных газов с исполнительными механизмами, преобразователи, многоканальные преобразователи напряжение - код и код - напряжение, масштабирующие блоки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления, оно дополнительно содержит датчик расхода топочных газов, блок оценок, блок вычисления ковариационных матриц, блок коррекции и два задатчика, при этом датчики расхода исходного материала, расхода топочных газов и конечной влажности материала и температуры отходящих газов через преобразователи, многоканальный преобразователь напряжение - код и масштабирующие блоки подключены к блоку оценок, остальные входы которого подключены соответственно к первому задатчику и выходам блока коррекции, а выходы блока оценок соединены через многоканальный преобразователь код - напряжение с входами регуляторов расхода исходного материала и топочных газов, причем входы блока вычисления ковариационных матриц подключены соответственно к выходам блока коррекции и к первому

716880838

задатчику, а выходы блока вычисления кова- рекции. остальные входы которого соедине- риационных матриц - к входам блока кор- ны с вторым задатчиком.

Изобретение относится к области автоматизации процессов сушки материалов во вращающихся барабанных сушилках и позволяет повысить точность управления. Для этого в устройство дополнительно введены датчик 2 расхода топочных газов, блок 18 оценок влагосодержания и температуры, блок 20 коррекции и блок 19 вычисления ковариационных матриц. Устройство на основании априорной информации о начальных условиях, статистических характеристиках шумов объекта и измерительной системы корректирует текущие значения влагосодержания и температуры по принципу формирования оптимальной оценки, Полученные полезные сигналы, отфильтрованные от разного рода помех, подаются в качестве входных величин на локальные регуляторы расхода исходного материала 7 и топочных газов 10. Последние вырабатывают управляющие сигналы повышенной точности, что повышает качество регулирования влагосодержания и температуры. 1 ил.

.«Жай- . . j.

Тy jyyw Ф уу vwv у .1 f.w.

LS IJ

УЛ VTv t& Л Л Л

I a i