Устройство для автоматического управления трубчатой печью Советский патент 1981 года по МПК C10G9/20 G05D27/00 

(54) УСТРОЙСТВО jaЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧЬЮ

Изобретение относится, к технике автоматического управления процессом нагрева в трубчатой печи и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленнооти. Известно устройство для автоматического управления работой многоточной трубчатой печи, («держащее датчики температуры продукта на выходах змеевиков печи, соединенные через регуляторы с соответствующими клапанами подачи пГродукта на входы змеевиков и блоком усреднения температуры, выход которого подключен через корректирующий регулятор к задающему входу контура регулирования расхода теплоносителя, содержащего датчик расхода теп лоносителя, регулятор и клапан расхода теплоносителя, и к задающим входам регуляторов расхода продукта 1. Известно также устройство для автоматического управления трубчатой печью, содержащее датчики измерения температуры продукта на вхдде, в средней точке и на выходе печи, Дат чик измерения расхода исходного продукта и 1слапан подачи топлива в печь 12. Недостатком указанных устройств является низкая точность регулирования температуры продукта на выходе печи, вследствие того, что для определения расхода теплоносителя, подаваемо- . го в топливную камеру печи, не учитывается температура продукта в пространственных точках вдоль длины печи, которая характеризуется существенным пространственным распределением параметров, и отсутствует компенсация основного возмущения (изменение расхода сырья на входе печи). Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры продукта на выходе печи. Поставленная цель достигается тем, что оно дополнительно содержит пять сумматоров, три потенциометра, экспоненциальный блок, блок извлечения квадратного корпя, блок умноже1шя блок компаундирования, функциональный преобразователь, блок расчета конечного значе-ния управляющего воздействия и задатчик температуры на выходе печи, при этом датчик расхода исходного продукта через последовательно соединенные первый потенциометр, экспоненциальный блок и блок извлече1шя квадратного коня подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого через первый сумматор связан с датчиком температуры продукта на входе печи, выход первого потенциометра параллельно подключен также к первым входам блоков кокшаундирования и расчета конечного значения управляющего воздействия, вторые входы которых параллельно соединены с выходбм датчика температуры продукта на входе печи, выход задатчнка температуры параллельно подключен к первому входу второго сумматора и третьему входу блока расчета конечного значения управляющего воздействия, выход которого параллельно связан с третьим входом блока компаундирования, первыми входами третьего и четвертого сумматоров и вторым входом первого сумматора, выход датчика температуры продукта в средней точке печи связан с вторым входом четвертого сумматора, третий вход которого соединен с выходом блока умножения, выход четвертого сумматорачерез второй потенциометр соединен С вторым t входом третьего сумматора, выход датчика температуры продукта на выходе печи связан с вторым входом второго сумматора, выход которого через третий потенциометр подключен к третьему входу третьего сумматора, соединенному своим выходом с первым входом пятого сумматора, выход блока компаундирования связан с вторым входом пятого сумматора, выход которого через функциональный преобразователь соединен с клапаном подачи топлива в печь.

При зтом блок расчета конечного значения управляющего воздействия содержит даа сумматора, блок умножения, экспоненциальный блок и блок деления, при этом выход экспоненциального блока параллельно подключен к входам блока умножения и первого сумматора, выход которого соединен с первым входом блока деления, второй вход которого связан с выходом второго сумматора, подключенному своим входом к выходу блока умножения.

Кроме того, блок компаундирования содержит три сумматора, блок умножения, два экспоненциальных блока и блок деления, при этом выход первого сумматора связан с первым входом блока умножеш1я, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, выход первого экспоненциального блока связан с первым входом второго сумматора, выход второго экспоненциального блока параллельно подключен к второму входу второго сумматора и входу третьего су 1матора, выход которого соединен с первым входом блока деления, по; и люченному своим вторым входом к выходу блока умножения.

При этом функциональный преобразователь содержит четыре потенвдометра, два сумматора, даа блока умножения, при этом выход первого потенциометра связан с первым входом первого сумматора, выход первого блока умножения параллельно подключен к входам второго потенциометра и второго блока умножения, выход которого соединен .через третий потенциометр с вторым входом первого сумматора, подключенному своим третьим входом к выходу второго потенциометра, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого связан с выходом четвертого потенциометра.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства на фиг. 2 приведена схема блока расчета конечного значения управляющего воздействия; на фиг. 3 - схема блока компаундирования; на фиг. 4 - схема функционального преобразователя.

Устройство (фиг. 1) содержит датчики 1, 2 и 3 измерения температуры продукта, соответственно, на входе, в средней точке и на выходе печи, датчик 4 измерения расхода исходного продукта, первый 5, второй 6 и третий 7 пютендаометры, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11 и пятый 12 сумматоры, задатчик 13 температуры на выходе печи, клапан 14 подачи топлива в печь, блок 15 расчета конечного значения управляющего воздействия, блок 1 компаундирования, экспоненциальный блок 17, блок 18 извлечения квадратного корня, функциональный преобразователь 19 и блок 20 умножения.

Блок расчета конечного значения управляющего воздействия (фиг. 2) содержит первый 21 и второй 22 суммато{и 1, экспоненциальный блок 23, блок 24 умножения и блок 25 деления.

Блок компаундирования (фиг. 3) содержит первый 26, второй 27 и третий 28 сумматоры, первый 29 и второй 30 экспоненциальные блоки, блок 31 деления и блок 32 умножения.

Функциональный преоб)разователь (фиг. 4) содержит первый 33, второй 34, третий 35 и четвертый 36 поте1щиометры, первый 37 и второй блоки 38 умножения, первый 39 и второй 40 сумматоры.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с датчика 4 поступают на потенциометр 5, который реализует умножение поступающего сигнала на постоянный коэффициент 1/S, где S - площадь поперешого сечения трубы входного коллектора.

С выхода потенциометра 5 сигнал, равный скорости движения продукта V, постуНает на первый вход блока 16 компаундирования, на первый вход блока 15 расчета конечного значения управляющего воздействия и вход экспоненциальиого блока 17. Экспоненциальный блок 17 реализует функцию С S5C(i/D-h + f/DB-nft} -основание натурального логарифма; -константа для данной печи; , -общая длина трубы змеевиков печи; -плотность материала продукта; -теплоемкость продукта;- соответственно, вну ренний и в}юшш диаметры труб сырьевых змеевиков; -коэффициенты теплопередачи, соот.ветствеино от тепло носителя к материалу труб змеевиков и от материала тру к продукту. С выхода блока 17 сигнал поступает через блок 18 извлечения квадратного корня на первый вход блока 20 умножений. На второй вход блока 13 умножения поступает сигнал с выхода первого сумматора 8, определяемый разиость (жгналов (J - TT), поступающих соответ-. ственио, с датчика 1 измерения температу ры продукта на входе печи и с выхода блока 15 расчета конечного значения травляющего воздействия. С выхода блока 20 умножения сигнал, равный (Tj т) , поступает со знаком минус иа третий вход сумматора И, на первый вход этого сумма:торз поступает сигнал т со зиаком мииус с выхода блока 15, а на вторсш вход поступает ointan с датчика 2 измерения температуры в средней точке печи. С выхода сумматора И сШнал, равный разиосги между измерениьш эиачекиём темперттуры процесса в средйей точке и теоретическим конечным установившимся значением температуры в этой TO4Ke{rpp- t j4(Tjj-T J:) поступает со знаком минус через потенциометр 6, где умножается на коэффициент k, на,второй вход третьего сумматора 10. Сигнал ,, измеренный датчиком 3 температуры на печи, поступает со знаком плюс на второй вход второго сумматора 9, на первый вход которого со знаком минус поступает сигнал с задатчика 13 Т-дд . С выхода сумматора 9 р азностиый сигнал Т,- со знаком мииус поступает через потенциометр 7, где умножается на коэффициент kj, на третий вход третьего сумматора 10.: На второй и третий входы блока 15 расчета конечного значения управляющего воздействия поступают сигналы, соответственно, с ддтчика 1 измерения температуры на выходе печи и сигнал задания с задатчика 13. Блок 15 реализует математическое соотношение йад-т&уС т|гтСигнал, равный скорости движения продукта V, поступает на вход экспоненциального блока 23, с выхода которого сигнал С поступает на первьи1 вход блока 24 умноже1{ия и первый вход со знаком миьгус сумматора 21. На второй вход блока умножения 24 поступает сигнал Tgy с датчика 1 температуры на вхрде печи, а с выхода блока 24 сигнал Tgjj- С со знаком минус поступает на первый вход сумматора 22, на второй вход которого поступает со знаком плюс сигнал с задатчика 13. С выхода второго сумматора 22 разностный сигнал ( С) поступает на второй вход блока 25 деления, на первый вход которого поступает сигнал {1-С), сформированный при помоцда сумматора 21. С выхода блока 25 деления шгнал Т , ра&-. ный конечному значе1шю температуры в камере теплоносителя, поступает со.знаком плюс на первый вход третьего сумматора 10, на выходе которого формируется оптимальный сигнал управления T ;iTi;-K,tT,,.)(ww .U) определяющий оптимальное значение температу15ы в камере теплоносителя через -параметры объекта и измеренные значения температур продукта на входе, в qpeдаeй точке и на выходе печи. На входы блока 16 компаундирования по.ступаёт, соответственно, сигнал задания на ско-; рость движения продукта Vg , сигнал с датчика 1 температуры на входе трубчатой печи Т и сигнал с выхода блока 15 расчета конечного значения управляющего воздействия Т т . Блок ,16 компа)Ч(дирования определяет корректирующий управляющий сигнал AT(V), позволя,юший сксиипенсировать влияние от измерения скорости даижения продукта относительио заданного значения СДУ V - Vg) на температуру продукта на выходе первой секции печи. Блок 16 реализует математическое соотноЛ в Т тК -С5-Cs

ЛТ(У/ - сигнал коррекции по скогде

/сросги движения продукта;

- /VS

С5 -В

На первый и второй входы сумматора 26 поступают сигналы, соответственно, со знаком плюс с датчика 1 измерения температуры на входы печи и знаком минус с выхода блока 15 расчета конечного значения управляющего воздействия, а с выхода этого сумматора разностнйй сигнал (Т gy - Т т ) подается на первый вход блока 32 умножения, на второй вход которого подается сигнал, равный (С - Cj ), сформированный при помощи зкспоненциапы1ых блоков 29 и 30 и второго сумматора 27. С выхода блока 32 умножения сигнал, равный (Tg - TT ) (С - Cg ), поступает на второй вход блока 31 деления, на первый вход которого поступает сигнал, равный (1 - Cg), сформированный при помощи экспоненциального блока 30 и третьего сумматора 28,

С выхода блока 31 деления корректирующий сигнал AT(V) поступает со знаком плюс на второй вход первого сумматсфа, где суммируются с оптимальным сигналом управления подаваемым на первый вход сумматора 12. С выхода сумматора 12 суммарный сигнал управления TT подается на вход функционального преобразователя 19, кото|н 1Й преобразует оптимальный сигнал температуры в камере теплоносителя Т в оптамальный сигнал расхол, опт да теплоносителя G т

согласно выражению

Q°;Va,.d,..a,4Tr)(O.

Оптимальный сигнал температуры в камере теплоносителя подается на вход первого потенциометра 33, н«рвый и второй входы первого блока 37 умножения и вход второго блока 38 умножения. На выходе потенциометра 33 формируется сигнал 3 (Т° ) , который подается на первый вход первого сумматора 33, на третий вход этого сумматора подается сигнал aj (Т г } формируемый при помощи блок 37 умножения и потенциометра 34, и на второй вход сумматора 39, подается сигнал Эз (Т т ) формируемый при помощи блоков 37 и 38 умножения н потенциометра 35. С выхода суммаtopa 39 сигналГа,(Т)1+а4-() подается на первый вход второго сумматора 40, где суммируется с сигналом Эо, формируемым при помощи потенциометра 36.

С выхода сумматора 40 оптимальный сигнал расхода теплоносителя подается на регулирующий клапан 14, находящийся в магистрали подачи горючего газа в топливную камеру трубчатой печи.

Коэффициенты BQ, З, а, Эз определяются путем обработки экспериментально полученных последовательностей значений расходов горючего газа и соответствующих значе1ШЙ темперапур в камере теплоносителя методом наименьших квадратов.

Предлагаемое устройство отличается высокой точностью регулирования температуры продукта

на выходе трубчатой печи и обеспечивает уменьшение времени переходных процессов при переводе температуры на выходе печи из некоторого начального установивикгося состояния в заданное конечное и тем самым позволяет зна.чительно повысить качество переработки продукта в последующих за печью установках.

Формула изобретения

I. Устройство для автоматического управления трубчатой печью, содержащее датчики измерения температуры продукта ни входе, в средusu точке и на выходе печи, датчик измерения расхода исходного продукта и клапан подачи тшшива в печь, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры продукта на выходе печи, оно дополнительно содержит пять сумматоров, три потенциометра, экспсженциальный блок, блок извлечения квадратного корня, блок умножения, блок компаундирования, фз кциональный преобразователь, блок расчета конечного значения управляющего воздействия и задатчик температуртл аз выходе печи, при этом датчик расхода исходного продукта через последовательно соеданеиные первый потенциометр, экспоненциальный блок и блок извлечения квадратного корня подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого через первый сумматор связан с датчиком температуры продукта на входе печи, выход первого потенциометра параллельно подключен также к первым входам блоков компаундирования и расчета конечного значения управляющего воздействия, вторые входы которых параллельно соединены с выходом датчика температуры продукта на входе печи, выход задатчика температуры параллельно подключен к первому входу второго сумматора и третьему входу блока расчета конечного значения управляющего воздействия, выход которого параллельно связан с третьим входом блока компаундирования, первыми входами третьего и четвертого сумматоров и вторым входом первого сумматора, выход iSniчика температуры продукта в средней точке печи связан с вторым входом четвертого сумматора, третий вход которого соединен с выходом блока умножения, выход четвертого сумматора, через второй потенциометр соединен с вторым входом третьего сумматора, выход датчика температуры продукта на вьгходе печи связан с вторым входом второго сумматора, выход которого через третий потенциометр подключен к третьему входу третьего сумматоpa, соединенному своим выходом с первым входом пятого сумматора, выход блока компаундирования связан с вторым входом пятого сумматора, выход которого через функциональный преобразователь соединен с клапаном подачи топлива в печь.

блока деления, второй вход которого связан с выходом второго сумматора, подклк ченному своим входом к выходу блока умножения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

W

4Г

гч

23

25

л

Z3

30

онт