Пневматическое управляющее устройство для регулирования температуры и уровня куба ректификационной колонны Советский патент 1980 года по МПК G05D11/04 G05B11/58 

регулятора в системе с одним параметром. Очевидно, это приводит к уменьшению скорости действия регулятора, а в конечном итоге ухудшению качества процесса регулирования. Следует отметить, что при сильных внутренних связях возможность получения высокого качества регулирования следует искать не путем корректирования настройки несвязанных между собой регуляторов, а созданием системы связанного регулирования. Цель изобретения - при широком изменении характеристики объектов и связей между регулируемыми параметрами улучшить качество регулирования и расширить функциональную возможность пневматического управляющего устройст ва. . Поставленная цель достигается за счет того, что устройство содержит вы ходные сумматоры контура регулирования температуры и контура регулирования уровня и блоки коррекции контуров регулирования уровня и температуры, каждый из которых состоит из-элемента сравнения и последовательно соединенных повторителя, постоянного дросселя и переменного дросселя, при чем выход интегрального блока регуля тора уровня через повторитель и постоянный дроссель соединен с минусовой камерой элемента сравнения и чер повторитель и переменный дроссель с г(люсовой камерой элемента сравнения блока коррекции контура регулирования уровня и с выходом регулятора уровня, выход элемента сравнения, данного блока соединен с первой плюсовой камерой выходного сумматора контура регулирования температуры, м нусовая и вторая плюсовая камеры кот рого соединены с каналом опорного да ления и выходом регулятора температу ры, выход интегрального блока регуля тора температуры через повторитель и постоянный дроссель соединен с минус вой камерой и через повторитель и пе ременный дроссель - с плюсовой камерой элемента сравнения блока коррек.ций контура регулирования температуры и с выходом регулятора температуры, выход элемента сравнения данного блока соединен с первой плюсовой камерой выходного сумматора контура регулирования уровня, минусовая и вт рая плюсовая камеры которого соедине ны с- каналом опорного давления и выходо1и .регулятора уровня, а выходы выходных сумматоров контуров регулирования температуры и уровня соедине ны с оответственно с исполнительными механизмами, установленными на магистралях выдачи кубового продукта и пара. На чертеже приведена принципиальная схема предложенного устройства. Устройство содержит датчик 1 темюратуры, преобразователь 2, вторичый прибор 3 с задатчиком температуры, егулятор температуры, пропорциональо-интегральный регулятор с переменой структурой (ПИ РПС), состоящий из нтегрального блока, включающего элеент 4 сравнения, реле 5, переменный россель 6, емкость 7, пропорциональый блок, включающий элемент 8 сравения, реле 9, переменные дроссели 10 11, элемент 12 умножения на постояный коэффициент, блок формирования шибки, включающий элементы 8 и 13 равнения, клапан 14, блок пр едварения, включающий переменный дроссель 15, емкость 16, 17 сравнения, задатчик 18, формирующий сигнал опорного давления, элемент сравнения 19. В устройство входит также блок коррекции контура регулирования температуры, включающий переменный дроссель 20, элемент 21 сравнения, повторитель 22, выходной сумматор 23 контура регулирования температуры, усилитель 24 мощности, исполнительный механизм 25 на магистрали пара, датчик 26 Уровня, преобразователь 27, . вторичный прибор 28 с задатчиком уровня 28, регулятор уровня - пропорционально-интегральный регулятор с переменной структурой контура уровня, состоящий аналогично предыдущему регулятору из элементов 29 -43, блок коррекции контура регулирования уровня, состоящий из переменного дросселя 44, элемента сравнения 45, повторителя 46, в.ыходной сумматор 47, усилитель 48 мощности, исполнительный механизм на магистрали кубового продукта 49, ректификационная колонна 50, кипятильник 51. В каждом блоке коррекции установлены постоянные дроссели 52 и 53. Как известно, параметры (температура и уровень) процесса ректификации внутренне связаны между собой. Кубовой продукт выдается регулятором уровня. Уровень жидкости в кубе колонны связан с другим регулируемым . параметром - температурой кубовой жидкости. В зависимости от физических свойств разделяемой смеси, конструкции куба, erq тепловой нагрузки и т.д. степень связи регулируемых параметров может изменяться в широких пределах. При реактификации легкокипящих смесей с близкими точками кипения связь между уровнем и температурой бывает, настолько сильной по перекрестным каналам, что оказывается наиболее эффективной схема взаимного регулирования. За основные возмущения процесса можно принять изменение состава и количества жидкости, поступающей из колонны в куб. Эти возмущающие воздействия воздействуют одновременно на :оба регулируемые параметра. Возмущающими воздействиями являются такж.е взаимное влияние регулируемых пара,метров (уровень и температура). Исходя из этого, устройство так выполнено, чтобы учитывалась взаимосвязь между температурой и уровнем ректификационной колонны, Принцип действия следующий, На входы устройства подаются сигналы, пропорциональные заданному P,jy текущему P„. , значениями уровня и пр порциональные заданному t текущему Р„ , значениями температуры ректи фикационной колонны, а также опорное давление Р„. Устройство отрабатывает следующий алгоритм управления Pbb,x.,..T t l/THi P., кор. вых.у Рьы/...вы.л, К прм5,0ГТи„при51 0 1к,,,0 ЧТи,2При51 0, &Ь|Хп 1 ГК2,при52 0 ГТ, . Ъг приЗг О ,2 при52-0, BblX. уК2,при52 -к, -РХ.,К„Г ЬЫКЛЗ кор.вых.у у 2. ij ЕуК гПриЗг е -Кцпри - БЫХ.2.1 КОр.БЫХ. К12 при s, Ьыхт Bbi.ij - управляющие воздействия по каналу температуры и уров сигналы рассогласо РПТ вания, за., - компенсирующее пор Бык.U воздействие блока коррекции контура регулирования уров ня для контура регулирования температуры; .- компенсирующее воз liOp.BblH.T действие блока коррекции контура регулирования температуры для контура регулирования уровня; - коэффициент усилени блока коррекции кон тура регулирования уровня; -Р - коэффициент усиления блока коррекции контура регулирования температуры; . коэффициенты усиления устройства по каналу уровня и температуры; постоянные времени интегрирования по каналу уровня и температуры;5,32функции переключения по каналу уровня и температуры; Т Т - постоянные времени блоков формирования функции переключения , Устройство работает следующим образом. Начнем с температурного контура. Сигнал от датчика 1, преобразуясь в пневматический сигнал с помощью преобразователя 2, поступает, к входу пропорционально-интегрального регулятора с fпepeмeннoй структурой температуры (4 -19), Этот регулятор работает следующим образом. На входы регулятора подаются сигналы,пропорциональные заданному Р , текущему Р, значениям температуры куба ректификационной колонны, а также опорное давление РО, Регулятор отрабатывает следу|Ющий алгоритм управления РБЫХЛ9 Д т-Рэг)) К|1 при 5, 0 Т,,0 S, -О 1риЗ,0 Параметры регулятора К,, , К,, , цц °°f ui2 выбираются в зависимости от состояния системы регулирования. Теперь изложим работу пропорционально-интегрального регулятора по элементным цепочкам. Выходной сигнал элемента 8 сравненияР-Р -Р4.Т ЙЫЛ.вЧ пТ ЧТ проходя через проточные камеры реле 9, переменные дроссели 10 и 11, поступает в минусовую камеру элемента 12 сравнения, на выходе которого отрабатывается регулирующее воз- . действие вида р k.fP -Р UP выхлг ., где К, получает один из двух значеий Кц, К,, в зависимости от уровня игнала, формируемого при помощи Оло формирования функции переключения dlSnT-P rl ВЫХ.17 dt При этом с помощью элементов 8 и 13 сравнения и клапана 14вычисляется модуль ошибки р |р -р 1 + р БЫХ.14 пт о Интегральный блок, состоящий из элементов 4 - 7, реализует следующий алгоритм B.,x,fr;JtP..-P3rlc)t. Эыходы интеграл-ьного, пропорционального блоков и опорного давления подаются в элемент 19 сравнения, на выход которого получается сигнал P5b,x.,. K,(P,,.;(P,,-P,,)dt. Далее этот сигнал поступает к плюсовой камере cyм лaтopa 23, к минусовой камере которого поступает сиг нал опорного давления Р, и к другой плюсовой камере - сигнал компенсирующего воэдействия блока коррекции контура регулирования уровня Ркор.вых.у. На выходе сумматора отрабатывается регулирующее воздействие IP -Р V-((Р -Р БЫХ.гэ пт I Гц пТ Зт КОр.БЫ Этот сигнал управления, проходя ч рез усилитель мощности 24, поступает в исполнительный механизм 25, установленный на магистрали пара, и регулирует температуру куба ректификационной колонны изменением количества пара. Таким образом, согласно изложенному, для регулирования первого взаи мосвязанного параметра температуры куба ректификационной колонны деиствует регулятор температуры ПИ РПС и блок коррекции контура регулирования Компенсирующее воздействие блока коррекции контура регулирования уров к.вых.у формируется при помощи элемента 45 сравнения, которому одно временно подается сигнал от выхода регулятора уровня ПИ РПС РВЬЦ.да интегрального блока . ц РБЫХ.З. ( 29, 30, 31, 32%), и имеет вид .45 KOp..43 Bbiit.3|) o-: (%-„3 Алгоритм управления, реализуемый с помощью блока коррекции контура ре гулирования уровня, позволяет учитыват нелинейное изменение связи между температурой и уровнем куба ректи фикационной колонны, вследствие чего улучшается качество рехтлирования па раметра температурка. Компенсирующее воздействие блока коррекции контура регулирования . температуры Рн.Бв..7. формируется при 1пом6щи элемента 2i сравнения, к ко торому одновременно подается сигнал т выхода регулятора температуры И РПС Рзь1«,19 интегрального блока аых.и .б ( 5, 6, 7), и имет вид р - г ( р -Р Ч.Р I BWX.I9 Бы 6 ) о вых.21 КОрВых.т 1 1 птзт Т ( ) -Р up РО 3.1 о Хотя работа контура регулирования уровня аналогична температурному контуру, но для ясности опишем прохождение сигналов по элементным цепочкам. Сигнал от датчика уровня 26, преобразуясь в пневматический сигнал с помощью преобразователя 27, поступает к входу регулятора уровня ПИ РПС, состоящего из элементов 29-43, Регулятор отрабатывает следующий алгоритм управления V,x.43 ei ny-T,yl.-i-J()dt Выходной сигнал элемента 33 сравнения .р tp ВЫх.зз о пу зу проходя через проточные камеры реле 39, переменные дроссели 40 и 41 поступает к минусовой камере элемента 43 сравнения, на выходе которого отрабатывается регулирующее воздействие вида ЬЫХ42 2 Пц Зу 0 . ЬЬ1Х42 zv.ny Далее этот сигнал подается к плюсовой камере элемента 43 сравнения К2,скачкообразно меняется и в зависимости от уровня сигнала блока формирования функции переключения о I Гпи-Гэу1 р 4 т вых.38 2 4 при этом, с помощью элементов 33 и 34i сравнения и клапана 45, вычисляется моДУЛь сяиибкя .. р пу эу Интегральный блок, состоящий из элементов 29-32, реализует следующий алгоритм управления 1(Рпу-Т зч Вых.31 т Выходы интегрального, пропорционального блоков и опорного давления подаются в элемент 43 сравнения, на выходе KOTOpdro получается сигнал Лы.4з 2lPny-pзa J pny-p,y)dt Далее сигнал Рвь1к..4з поступает в .сумматор 47, к которому поступает также опорное давление Р и компенсирующее воздействие блока коррекции контура температуры PKOR. вых.т Рвыл.г,, еле|довательно, на выходе сум-iaTopa 47 имеем .(П..вы.г . Этот сигнал, проходя через усилитель мощности, поступает в исполнительный механизм 49, который установлен на магистрали кубового продукта из ректификационной колонны, тем самым per лируется уровень куба ректификационной колонны. Алгоритм управления, реализуе ый с помощью блока коррекции контура температуры, позволяет учитывать нел нейное изменений связи между уровнем и температурой куба ректификационной колонны, вследствие чего улучшается качество регулирования второго взаим связанного параметра-уровня. Таким образом, устройство поэволя ет учитывать изменение динамических характеристик объекта и перекрестных связей между температурой и уровнем ректификационной колонны, в результа те чего улучшается качественные пока затели процесса управления. Ф-эрмула изобретения Пневматическое управляющее устройство для регулирования температуры и уровня куба ректификационной ко лонны, содержащее регуляторы темпера туры и уровня, каждый из которых состоит из пропорционального и интег рального блоков, подключенных к выход ному сумматору, и последовательно со единенных блоков формирования сшибки и предварения, выход которого связан с пропорциональным и интегральным блоками, датчики температуры и уровня подключенные к входным каналам соответствующих регуляторов, и исполнител ные механизмы, установленные на магистрали ВЕяцачи кубового продукта и магистрали пара, отличающееся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик устройства, оно содержит выходные сумматоры . контура регулирования температуры и контура регулирования уровни и .млоки коррекции контуров регулирования уровня и температуры, каждый из которых состоит из элемента сравнения и последовательно соединенных повторителя, постоянного дросселя и переменноро дросселя, причем выход интегрального блока регулятора уровня через повторитель и постоянный дроссель соединен с минусовой камерой элемента сравнения и через повторитель и переменный дроссель;с плюсовой камерой элемента сравнения блока коррекции контура регулирова- Ии-я уровня и с выходом регулятора уровня, выход элемента сравнения данного блока соединен с первой плюсовой камерой выходного сумматора контура регулирования темпуратуры, минусовая и вторая плюсовая камеры которого соединены с каналом опорного давления и выходом регулятора температуры, выход интегрального блока регулятора температуры через повторитель и постоянный дроссель соединен с минусовой камерой и через г повторитель и переменный дроссель с П.ШОСОВОЙ камерой элемента сравнения блока коррекции контура регулирования температуры и с выходом регулятора температуры, выход элемента сравнения данного б.пока соединен с первой плюсовой камерой .выходного сумматора контура регулирования уровня, минусовая и вторая плюсовая камеры которого соединены с каналом опорного давления и выходом регулятора уровня, а выходы выходных сумматоров конТуров регулирования температуры и уровня соединены соответственно с исполнительными механизмами установленными на магистралях выдачи кубового продукта и пара. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Анисимов И.В. Автоматическое регулирование процесса ректификации Гостоптехиздат, 1961, с. 115,рис. 458. 2.Анисимов И.В. Автоматическое регулирование процесса ректификации. Гостоптехиздат, 1961, с. 134, рис.47 прототип). Он i(