Устройство для регулирования соотношения расходов жидкостей Советский патент 1983 года по МПК G05D11/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ РАСХОДОВ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к устройствам регулирования текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промышленности,

В настоящее время при непрерывном получении смесей из отдельных жидких компонентов широко, используются устройства для регулирования соотношения расхода жидкостей, состоящее из центрального блока управления, каналов, регулирования расхода каждого из компонентов и блоков контроля диапазона расхода компонентов 1 .

В этом устройстве задающий производительность сигнал из центрального блока управления поступает на блоки . задания каналов регулирования расхода компонентов, в которых он распределяется пропорционально содержанию каждого компонента в смеси. С выходов блоков задания управляющие сигйалы поступают на блоки сравнения соответствующих контуров регулирования, на вторые входы которых приходят действительные значения расходов с расходомеров. Управляющие воздействия с блоков сравнения поступают на исполнительные органы. Большинст|ВО расходомеров имеет ограниченный . диапазон работы. При выходе за пределы диапазона увеличивается износ расходомера и погрешность измерения,, Поэтому в известных устройствах для регулирования соотношения расхода имеются блоки контроля диапазонов. . Если происходит выход величины одного из расходов за пределы диапазона, то блоки контроля диапазонов вьадгиот соответствующий аварийный сигнал,

to который может бытьиспользован для ограничения общей производительности всего устройства.

Известно также устройство для регулирования соотношения расхода

15 жидкостей, которое ограничивает производительность работы в зависимости от допутимых диапазонов работы его элементов. Устройство включает центральный блок управления, какгшы ре20гулирования расходов, каждый из которых содержит блок задания, блок . сравнения, расходомер, исполнителы ный орган, блок определения диапазона производительности и блок ограничения производительности 2.

25

В такое устройство вводятся фиксированные данные обограничениях диапазонов работы каналов регулирования, поэтому оно не учитывает из30менение ситуации при смешении:. .

уменьшения поступления какого-либо .компонента или группы компонентов изменения давления жидкостей в подающих трубопроводах и т.п. Возможности установки регулирования соотношения расхода жидкостей при работ с таким устройством используются не полностью, работа ведется при пониженной производительности, чтобы не .допустить выпуска некондиционной смеси,

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для рагулирования соотношения расходов жидкостейj содержащее последовательно соединенные первый генератор импульсов, элемент совпадения, реверсивный счетчик и умножитель частоты, вторык входом соединенный с выходом-первого генератора импульсов, а выходом с входами каналов регулирования расходов жидкостей, первые выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выходом соединенного с вторым входом реверсивного счетчика, каждый из каналов регулирования состоит из последовательно соединенHfcjx блока задания, первого блока сравнения, исполнительного органа, расходомера и второго блока, сравнения, вторым входом соединенного с выходом блока задания, первым выходом - с первым выходом канала регулирования, второй вход первого блока сравнения соединен с расходомером, вход бпока задания соединен со входом канала регулирова.ния з «

Частота следования импульсов зторого генератора импульсов задает производительность устройства. Это устройство автоматически понижает производительность работы при уменьшении поступления какого-либо компонента. При работе устройства после понижения производительности последняя может быть повышена нручн ло или автоматически. В последнем случае отсутствие автоколебаний и, соответственно, работа с прелшей точностью возможна лишь в том случае, если причины уменьшения поступления какого-либо компонента полностью устранены. Возможен возврат производительности только на ранее установленный уровень. Это устройство не обеспечийает автоматический выбор производительности с сохранением требуемой: точности регулирования при различных соотношениях расходов компонентных жидкостей. При компаундировании.; например, нефтепродуктов максимальное значение производительности зависит от рецепта смеси. Оно является ве личиной пер.еменной, поскольку перепад давлени-я в каком-либо трубопроводе компонентной жидкости зависит от конкретных переменных условий

ее нагнетания, а также от давлеклл 3 коллекторе-смесителе, зависящего к тому же ие только -от этой жидкости,, но и от расходов остальных жидкрстей.

Цель изобретения - повышение производительности при сохранении требуемой точности регулирования.

Поставленная цель достигается . тем что в устройство для регулирования соотношения расходов жидкостей введены последовательно соединенные формирователь, триггер, второй элемент ИЛИ и элемент совпадения соединенный со вторым входом реверсивного счетчика, вторым входом - с выходом первого генератора импульсов, причем второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И.Т1И, с входом фopIv0 poвaтeля и с вторьм входом триггера, третьи входы соединены со вторыгуш выходами кана.пов регулирования расходов жидкостей, соединенных в каждом канале со вторым выходом второго блока сравнения. На фиг Л представлена блок-схема устройства для регулирования соотношения расходов жидкостей; на фиг.2 схема блока 6; на - диаграммы работы устройства.

Устройство содержит каналы l ,

0 i , i регулирования расходов, каждый из которых состоит из блока 2 задания, первого блока 3 сравнения, исполнительного ор.гана 4, расходомера 5, второго блока 6 сравнения,

5 центральный блок 7 управления состоит из второго генератора 8 импульсов ,. умкожителя 9 частоты, первого элемента ИЛИ 10, реверсивного счетчикэ. 11 ; FiepBoro генератора 12 им0 пульсов, формирователя 13, триггера 14; второго элемента ИЛИ 15, элемента 1б совпадения, выходы 17 и 18 блока6, &чоды 19 и 20 блока.6. Блок б может быть построен, например, как

. показано на фиг, 2, При таком построении этот блок содержит элементы 21 и 22 стандартизации по площади положительных и отрицательных импульсов, сглаживающий сумматор 23, компараторы 24 и 25, источники 26 и 27

положительного и отрицательного аналоговых сигналов. На выходе сглаживающего сумматора 23 образуется аналоговый CHi-Haj;, равный усредненной сумь.1е разнопол.ярных импульсов с

5 выходов элементов 21 и 22, в зависимости от амплитуды этого сигнала (разности частот следования импульсов на входах 19 .и 20) на выходах компараторов 24 и 25 (выходах 17 и

0 18} отсутстзуют или пс являются комак..цы Если ЗЫ.ХОДНОЙ сигнал сглаживающег-о сумматоре. 23 меньше положительного сигнала с выхода источника ,26 и больше отрицательного сигнала

s с выхода источника 27 (что соответствует ситуации, когда разность частот, следования импульсов на входах 19 и 20 находится в зоне допустимых значений, величина которой выбирается равной 5-10 значениям .ошибки регулирования контуров 1 , 1 , 1 ) , то на выходах компараторов 24 и 25 команды отсутствуют. Если выходной сигнал сглаживающего сумматора 23 больше положительного сигнала с выхода источника 26 (соответствует ситуации, когда разность частот следования импульсов на выходах 19 и 20 прбвьпяает положительную границу зоны допустимых значений), то на выходе компаратора 25-команда отсутствует, а на выходе компаратора 24 команда есть. Если выхо;;иой сигнал сглаживаю аего сумматора 23 меньше отрицательного сигнала с выхода источника 27 (соответствует ситуаций, когда разность частот следования импульсов на входах 19 и 20 превышае т отрицательную границу зоны допустимых зна чений) , то на выходе компаратора 25 команда есть, а на выходе компарато ра 24 команды нет. Устройство работает следующим об разом. Каналы 1 , l , l работают с ис пользованием принципа отрицательной обратной связи. При увеличении как частоты, задающей производительност вырабатываемой центральным блоком 7 так и увеличении уставок расходов н блоках l , , блоки 3 , З и увеличивают свои выходные сигна лы, которые, воздействуя на исполни тельные органы 4 ,4 и 4 , увеличивают расходы жидкости через расходомеры з , 5 и таким образом, чтобы пары входных сигналов блоков З , З и 3 в каждом канале l , l и l оказались равными. При уменьшении как частоты, задающей производительность, так и уставок расходов канале 1 , 1 и 1 отрабатывают изменение заданий в противоположном направлении. Если по каким либо п ричинам расходы жидкостей через расходомеры З , 5 и 5 окажутся не равными заданным значениям определяемыми выходными сигналами блоков 2 , .2 и 2 f то на первых 17, 1 и 17 и вторых 18, 18 и выходах блоков б, б и б будут появляться команды соответственно при условиях, когда, сигналы с блоков 2 , 2 и будут превышть и будут меньше сигналов с расходоме ров 5, 5 и 5 на некоторую заранее установленную величину границы зоны допустимых значений. При поиске производительности используются команды, вырабатываемы блоками б , и б , воздействую щими на элементы 10 - 16 центрального блока 7, посредством которых производительность изменяется в. нужную сторону. Эти команды содержат информацию о максимально возможной производительности для конкретных соотношений расходов и перепадов давлений.. Рассмотрим далее работу устройства в предположении, что команда с ныхода элемента 15 открывает элемент 16 и через последний импульсы с генератора 12 поступают на первый частотный вход реверсивного счетчика 11. Элемент 16 будет открыт, если хотя бы на одном каком-либо входе второго элемента15 будет присутствовать команда, т.е. если расход . . жидкости хотя одном канале l , l и 1 будет отклоняться от задания , определяемого выходным сигналом соответствующего блока 2, 2 и 2 сверх заранее уст айовленной границы зоны допустимых значений в большую или меньшую сторону. Этот случай проиллюстрирован диаграммами 3на фиг.5. В установившемся режиме,после ввода устройства на максимальную производительность, которая задается частотой следования импулъсов с генератора В, в реверсивном счетчике 11 записаны во ксех разрядах логические единйвд и на выходз е умножителя 9. частота следования импульсов равна соответствующему сигналу генератора 8, команды с первых и вторых выходов блоков б, б и б отсутствуют. При уменьшении поступления какого-либо компонента через. первый элемент ИЛИ 10 п-роходит команда, которая, воздействуя на второй управляющий вход, переводит реверсивный счетчик 11 в режим вычитания и на выходах его разрядов код начинает уменьшаться, тем самым, уменьшая частоту производительности на выходе умножителя 3. Уменьшение входного сигнала блоков 2, 2 и 2 вызовет одновременное уменьшение расходов жидкостей в каналах l,-1 и 1 . При уменьшении производительности ниже какч- го-то уровня, когда поступление компонента, которого не хватало,- окажется достаточным, чтобы восстановилось заданное соотношение, выходная команда с какого-либо из первых выходов блоков б, 6 и б исчезнет, реверсивный счетчик через первый элемент 10 будет вновь переведен на режим сложения, частота производительности на выходе умножителя 9 увеличится, компонента опять станет не хватать. Это вызовет появление команды на первом выходе 1 аких-либо блоков 6 ,б и б и т.д.начнутся автоколебания в системе, что приведет кПонижению точности регулирования соотнощений расходов жидкостей. Для того, чтобы исключить авток лебания в системе используются дополнительные команды со BTOptJX вых дов 18, 18 и 18 блоков б, 6 и 6 . Рассмотрим далее работу устройства когда команда На вькоде тригг ра 14 отсутствует. Этот случай про иллюстрирован диагра1 мами 4 на фиг При понижении производительности устройства до уровня, когда в нем должны были бы возникнуть автоколе бания, в момент, когда достигнута нужная производительность, т.е. в момент отсутствия команд .на всех первых .и вторых выходах блоков 6, б и б , элемент 16 закроется, им пульсы с генератора 12 перестанут поступать на первый частотный вход реверсивного счетчика 11, частота следования импульсов на выходе умн жителя 9 перестанет изменяться, от рицательная обратна-я связь по поис производительности разомкнется, си тема выйдет из азтоколейаиий. Возможно, что в каком-либо из каналов и 1 будет по Инерции изменяться расход жидкости так, что воз никнут команды на первых 1/, 17 и 17 и вггорых 18 . 18 и 18 выход 6 , 6 и 611 6 блоков , т.е. устройст во опять начнет выбирать производительность по причине, не связанной с нехваткой какого-либо компонента Однако, при выборе достаточно низко частоты следования импульсов с гене ратора 12 и наличии тормозящего влияния сигнала с выхода второго элемента 15 - размыкания упомянутой (Отрицательной обратной связи, автоколебания в системе даже в этом слу чае будут достаточно быстро затухат Для этого необходимо, чтобы период следования импульсов с генератора 12, т.е. время элементарного цикла изменения производительности было в несколько.раз больше времени отра ботки соответствующего возмущения по производительности контуров 1 , 1: и 1111 . Команды со вторых выходов 18, 18 блоков б, б и б используются также для того, чтобы устройство могло найти нужную произ водительность при. заметной протечке исполнительных органов, т.е если исполнительные органы 4 ,4 и 4 не обеспечивают регулирования снизу, то при выборе какого-либ уровня производительности оказывает ся, что расход через какой-либо зак рытый исполнительный орган 4, 4 и оказывается больше, чем требуется по рецепту. Если причина уменьшения поступлэния какого-либо компонента, устранена, то устройство поднимет производительность до такого уровня, когда влияние протечек исполнительных органов 5,5 и 5 не будет сказываться на точ- ности регулирования соотношения расходов жидкостей каналами 1 , l и 1 . Действительно, если ..протеч ка какого-либо из исполнительных органов 5, 5 и -5 превышает рас,ход, требуемый рецептом, то на втором в.ыходе 1В, 18 и 18 одного из блоков б, б и б появится команда, а ка первых выходах 17, 17 и 17 I этих блоков команды будут отсутствовать. Тогда реверсивный счетчик 11 будет включен на сложение, поскольку команда на выходе первого элемента 10 будет отсутствовать, а на его первый частотный вход будут поступать импульсы с генератора 12; поскольку команда с выхода второго элемента 15 откроет элемент 16.Расходы жидкостей в каналах l , 1 и 1 возрастут пропорционально выходному сигналу центрального блока 7 (частоте, задающей производительность) и в какой-то момент времени на всех вторых выходах 18, 181 и блоков б, 6 и команды будут отсутствовать. Элемент 16 закроется, код в ревер- , сивном счетчике 11 перестанет увеличиваться, проиЕводительность станет постоянной. При отсутствии ког/.анды с триггера 14 предлагае.мое. устройство при устранении причины недостаточности поступления каиого-лкбо компонента будет понижать производительность только до уровня, ког.цэ команды на вторых выкодах 18 , 18 М и блоко.в 6 , 6 и 6 fi будут отсутствовать. Для того,- чтобы устройство имело возможность лодяять произвсяительность Bfcffije этого уровня до максимально возможной величины, когда любохо компонента будет достаточно для нормальной работы, необходимо изменить достигнутое равновесие .устройства в сторону увеличения производительности. Для этого используются формирователь 13 и триггер 14 ..Равновесие устройства будет нарушаться при появлении команды на выходе триггера 14 При достижении состояния равновесия в устройстве, независи.мо от того, увеличиззалась или уменьшаласй Чйстотз, зашающая произаодитальность. наступает момент времени, когда команда на выходе первого элемента .1.0 исчезает, что достигаете .я при отсутствии команд на всех перв.ых выход air 17 , 17 и 17%локов 61 , S н . Исчезновение команды на .выходе первого эле мента 10 йвляется,командой на sanyck формирователя 13 и сброс триггера 14 - команда на его выходе исчезает JHa время действия выходного импульса формирователя 13 устройство находится в состоянии равновесич. При исчезновении этого вьгходного импульса триггер 14 переводится в другое сос.тояние и на его выходе появляется команда, которая, пройдя второй элемент 15, открывает элемент 16 и на первый, частотный вход реверсивного счетчика 11 поступают импульсы со второго генератора 12, частота следования-импульсов с выхода бинарного умножителя 9 увеличивается. Если ситуация при поддержании соотношения расходов жидкостей изменилась и расходы жидкостей во всех каналах 1 , l и 1 могут, быть увеличены, то часхот-а, задающая производительность будет увеличена до значения, когда в каком-либо из каналов l , l и расхода жидкости будет нехватать Тогда, с какого-либо из первых 17 17 и 17 выходов блоков 61, б и 6 . поступит команда и, пройдя первый и второй элемент 10 и 15, будет воздействовать на второй, управляющий вход реверсивного счетчика 11 и переведет его на вычитание, откроет элемент 16, через который импульсы со второго генератора 12 поступают на первый, частотный вход реверсивного счетчика 11. Частота, .задающая производительность, начнет уменьшаться. Наступит момент времени, когда команда на выходе первого элемента 10 исчезнет, и повторится рассмотренная ситуация. Если поддержание соотношения расходов жидкостей не позволяет увеличить частоту, задакадую производительность, то непосредственно после момента времени, когда команда на выходе первого элемента 10 исчезнет, произойдет элементарное увеличение упомянутой-частоты и она через время, определяемое периадом следования импульсов с генератора 12, уменьшится на величину своего элементарного приращения. Команда на выходе первого элемента 10 исчезнет. Через время, определяе мое длительностью выходного импульса формирователя 13, устройство будет вновь пытаться увеличить частот задакадуш производительность, и в за висимости от рассмотренных выше дву ситуаций при поддержании соотнсяаения -расходов жидкостей производител ность либо будет увеличена, либо останется на прежнем уровне. Длительность выходного импульса формирователя 13 выбирается в интер вале 100-1000 периодов следования импульсов со второго генератора 12 с тем, чтобы средние ошибки регулирования соотношения расходов жидкос тей в каналах 1, 1 и 1 практически не увеличивались за счет действия воэмущений при элементарных приращениях частоты, задЕиоадеи производительность, при ситуации, когда производительность не может быть увеличена. . Предлагаемое устройство обеспечивает работу системы смешения нефтепродуктов с автоматическим выбором максимально возможной производительности для данного рецепта смеси при сохранении точности соотношения ее компонентов. Формула изобретения Устройство для регулирования соотношения расходов жидкостей, содержащее последовательно соединенные первый генератор импульсов, элемент совпадения, реверсивный счетчик и умножитель частоты, вторым входом соединенный с выходом первого генератора импульсов, а выходом - с;входами каналов регулирования расходов . жидкостей, первые выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выходом соединенного с вторым входом реверсивного счетчика, каждый из каналов регулирования состоит из последовательно соединённых блока задания, первого блока срав- нения, исполнительного органа, расходомера и второго блока сравнения, BTopEJM входом соединенного с выходсяи блока задани.1, первым выходом с первым выходом канала регулирования, второй вход первого блока сравнения соединен с расходомером, вход блока задания соединен с входом канала регулирования, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности при «сохранении требуемой точности регулирования, в него введены последовательно соединенные формирователь, триггер, элемент ИЛИ и элемент совпадения, выходом соединенный с вторым входом реверсивного счетчика, вторым входом - с выходом первого генератора импульсов, причем второй вход второго элемента ИЛИ.соединен с выходом первого элемента ИЛИ, с входом формирователя и с вторым входом триггера, третьи входы соединены с вторыми выходами каналов регулирования расходов жидкостей, соединенных в каждом канале с вторым выходом второго блока сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Система в endamat фирмы Age-gemeine EEektriritats JeseCCschaft, ФРГ AEg Progress 3/4, 1963. 2.Авторское свидетельство СССР 345943, кл. G 051) 11/00, 1972. 3.Проспект фирмы Jiskoot, 1974 (прототип).

n

Фиг.1

1

tj

1

1 I

I 1

.

5i

«««

-«.j

Vj

i5

I

t

:s

I

«

o

«

5

I

I I

I

I

I