Система управления пресс-гранулятором

 

1.СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРЕССГРАНУЛЯТОРОМ , содержащая соединенные между собой электропривод и датчик положения механизма подачи сырья, датчик тока привода матрицы, соединенный через первый дифференциатор с регулятором температуры, соединенным с датчиком температуры и механизмом регулирования подачи пара, оптимизатор температуры, а также регулятор тока, соединенный через второй дифференциатор с датчиком и регуля-, тором температуры, отличаю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и производительное-, ти пресс-гранулятора, а также снижения удельных энергозатрат.путем оптимизации значений тока и температуры воздействием на подачу сырья и пара, она снабжена задатчиком тока, дат- , чиком положения механизма подачи пара , двумя идентичными блоками формирования сигналов температуры и тока , а также двумя идентичными блоками прогнозирования температуры и тока , при этом входы регулятора тока соединены с выходами датчика тока, первого дифференциатора, бдока формирования сигналов тока и блока прогнозирования тока, а выход подключен к электроприводу механизма подачи сырья, задатчик тока соединен с входом формирования сигналов тока, а вход блока прогнозирования тока подключен к датчику положения механизма подачи сырья, соединенному также с регулятором тока, при этом входы регулятора темп ературы соединены с выходами датчика температуры, вто (Л рого дифференциатора, блока формирования сигналов температуры и блока прогнозирования температуры, а выход подключен к механизму регулиро-, вания подачи пара, с которым связан датчик положения этого механизма, соединенный своим выходом с регуляS тором температуры и блоком прогнозиkU рования темпера туры, оптимизатор темпеОд ратуры соединен входами с датчиками QO температуры и положения механизма подачи сырья, а выходом подключен к входу блока формирования сигнала температуры . 2. Система поп.1,отличающ а я с я тем, что каждый блок прогнозирования выполнен в виде последовательно соединенных входного сумматора , интегратора, элемента запаздывания и выходного сумматора, причем выход интегратора соединен также с вторыми входами обоих сумматоров, входом каждого блока прогнозирования являет

„„Я0„„1194696 A сОюз сООетсних Ю Л

РЕСГ1УБЛИН (51)4 Б 30 В 9/18

В И Яда

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, » °,,;.„» госудю стюнный комитент ссср по дклАм изов еткний и отн1 ытий

СИЬД@0;„--,д

К ABTOPCHOHAf СВИДЕТЕЛЬСТВУ ка, а также двумя идентичными блоками прогнозирования температуры и тока, при этом входы регулятора тока соединены с выходами датчика тока, первого дифференциатора, блока формирования сигналов тока и блока прогнозирования тока, а выход подключен к электроприводу механизма подачи сырья, задатчик тока соединен с входом формирования сигналов тока, а вход блока прогнозирования тока подключен к датчику положения механизма подачи сырья, соединенному также с регулятором тока, при этом входы регулятора температуры соединены с выходами датчика температуры, второго дифференциатора, блока формирования сигналов температуры и блока прогнозирования температуры, а выход подключен к механизму регулиро-, вания подачи пара, с которым связан датчик положения этого механизма, соединенный своим выходом с регулятором температуры и блоком прогнози-, рования температуры, оптимизатор температуры соединен входами с датчиками температуры и положения механизма подачи сырья, а выходом подключен к входу блока формирования сигнала температуры. (21) 3715778/25-27 (22) 28.03.84 (46) 30.11.85.Áþë. Р 44 (71) Одесский технологический институт пищевой промышленности им.М.В.Ломоносова (72) В.А.Хобин, А.Е.Гончаренко, А.Г.Плеве и Г.Н.Редунов (53) 62!.979.936(088.8) (56) Жислин Я.М. Оббрудование для произ здства комбикормов и обогатительных смесей. М.:Колос, 1976160 с.

Вилесов Н.Г., Скрипка В.Я., Ломаэов В.П., Танченко И.N. Процессы гранулирования в промышленности.

Киев: Техника, 1976, 190 с. (54) (57) 1. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРЕССГРАНУЛЯТОРОМ, содержащая соединенные между собой электропривод и датчик положения механизма подачи сырья, датчик тока привода матрицы, соединенный через первый дифференциатор с регулятором температуры, соединенным с датчиком температуры и механиз мом регулирования подачи пара, оптимизатор температуры, а также регулятор тока, соединенный через второй дифференциатор с датчиком и регуля-. тором температуры, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения надежностии производительнос-. ти пресс-гранулятора, а также снижения удельных энергозатрат путем оптимизации значений тока и температуры воздействием на подачу сырья и. пара, она снабжена эадатчиком тока, датчиком положения механизма подачи пара, двумя идентичными блоками формирования сигналов температуры и то2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что каждый блок прогнозирования выполнен в виде последовательно соединенных входного сумматора, интегратора, элемента запаздывания и вйходыого сумматора, причем выход интегратора соединен также с вторыми входами обоих сумматоров, входом каждого блока прогнозирования являет90

1 1 946

4 ся вход входного сумматора, а выходом — выход выходного сумматора.

3. Система по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что каждый регулятор выполнен в виде входного и выходного сумматоров и интегратора, причем входы выходного сумматора соединены с выходами интегратора соответствующего датчика положения и входного сумматора, выход выходного сумматора яв ляется выходом регулятора, а входами последнего являются входы входного сумматора.

4. Система ио п.1, о т л н ч а ющ а я с я тем, что каждый блок формирования сигналов выполнен в виде соединенных через переключатель интегратора и сумматора, один из входов последнего является входом блока формирования, а другой соединен с выходом своего интегратора, причем выход интегратора является выходом блока формирования сигналов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции устройств управления оборудованием. для Обработки материалов давлением.

Цель изобретения — повышение надежности и ироизводительности прессгранулятора за счет автоматизации перехода с режима холостого хода на работу с оптимальными параметрами, а также снижение удельных энергозатрат при гранулировании материала путем обеспечения контроля и оптимизации управления процессом (по току ) приводного электродвигателя и температуре материала перед гранулированием воздействием на подачу сырья и пара.

Для достижения этой цели система управления пресс-гранулятором, содержащая соединенные между собой электропривод и датчик положения механизма под чи сырья, датчик тока привода матрицы, соединенный через первый диффереициатор с регулятором температуры и механизмом регулирования подачи иара, оптимизатор температуры, а также регулятор тока, соединенный чареэ второй днфференциатор с датчиком и регулятором температуры, снабжена задатчиком тока, датчиком положения механизма подачи пара, двумя идентичными блоками формирования сигналов температуры и тока, а.также двумя идентичными блоками прогнозирования температуры и тока, при этом входы регулятора тока соединены с выходами датчика тока, первого дифференциатора, блока формирования сигналов тока и блока прогноэирования тока, а выход подключен к электроприводу механизма подачи сырья, задатчик тока соединен с входом блока формирования сигналов тока, а вход блока прогнозирования тока подключен к датчику положения механизма подачи сырья, соединенному также с регулятором тока, при этом входы регулятора температуры соеди10 иены с выходами датчика температуры, второго дифференциатора, блока формирования сигналов температуры и блока прогнозирования температуры, а выход подключен к механизму регули15 рования подачи пара, с которым связан датчик положения этого механизма, соединенный своим выходом с регулятором температуры н блоком прогнозирования температуры, оптимизатор

20 температуры соединен входами с датчиками температуры н положения механизма подачи сырья, а .выходом подключен к входу блока формирования сигнала температуры, 25 Кроме того, каждый блок прогнозирования выполнен в виде последовательно соединенных входного сумматора, интегратора, элемента запаздывания и выходного сумматора, npugp чем выход интегратора соединен также со вторыми вхоДами обоих сумматоров, входом каждого блока прогнозирования является вход входного сумматора, а выходом — выход выходного сумматора, каждый регулятор выполнен в aväå входного и выходного сумматоров и интегратора, причем входы выходного сумматора соединены с выходами интегратора соот1194690 ветствующего датчика положения и выходного сумматора, выход выходного сумматора является выходом регулятора, а входами последнего являются входы входного сумматора.

Каждый блок формирования сигналов выполнен в виде соединенных через переключатель интегратора и сумматора, один из входов которого является входом блока формирования, а дру- 0 гой соединенс выходомсвоего интегратора, причем выходинтегратора является выходом блокаформирования сигналов.

На чертеже приведена блок-схема системы. 15

Система содержит установленные на питателе пресса-гранулятора механизм

1 регулирования подачи сырья с датчиком 2 положения этого механизма, установленные на паропроводе пресса 20 механизма 3 регулирования подачи пара с датчиком 4 его положения, чувствительный элемент датчика 5 тока вклю чен в цепь питания электродвигателя привода матрицы, а чувствительный элемент датчика 6 температуры вмонтирован в пресс на выходе смесителя, кроме того система содержит регулятор

7 тока, включающий в себя входной и выходной сумматоры и интегратор, ре- 30 гулятор 8 температуры, также включающий в себя входной и выходной сумматоры и интегратор, задатчик 9 тока оптимизатор 10 температуры, дифференциаторы ll и 12 межрегуляторных связей ll, 12, первый и второй переключатели 13 и 14, блок 15 прогнозирования температуры, состоящий из сумматора 16, интегратора 17, звена 18 запаздывания и выходного сум- 411 матора 19,блок 20 прогнозирования тока, состоящий из сумматора 21, интегратора

22,звена 23 запаздывания.ивыходного сумматора 24,блок 25 формирования сигнала температуры в виде сумматора

26, переключателя 27 и интегратора

28, блок 29 формирования сигнала тока, содержащий интегратор 30, переключатель 31 и сумматор 32, Система содержит также третий переключатель 50

33. Режимы работы пресса-гранулятора обуславливают режим работы автоматической системы управления.

Параметрами, характеризующими режим работы пресса-гранулятора, являются ток I-статора приводного элект- . родвигателя (ПЭД ) и соотношение подачи пара к подаче рассыпного сырья (Q/С) или функционально связанная с этим соотношением температура 9 пропаренного материала, а также удельные энергозатраты на прессование I/G.

Снижение рабочего тока I относительно номинального I, т.е. недогрузка привода, приводит не только к снижению производительности прес" . са, но также и к снижению коэффициен та мощности сети (cosV), что при высокой установленной мощности приводов пресса {до 160 кВт ) вызывает до-. полнительные энергозатраты. Увеличе-ние рабочего тока I относительно номинального 1", т.е. перегрузка приводит к его перегреву, возникает аварийная ситуация другого рода, которая может привести к выходу двигателя из строя. Для предотвращения этого аварийная защита (тепловая или токовая),отключая двигатель, прекращает технологический процесс. .

Оптимальный режим работы пресса, (т.е. режим максимальной производительности и минимальных удельных энергозатрат 7 наблюдается в непос редственной близости значений режимных параметров Е и 6 к их граничным значениям I и 9 ", выход за которые приводит к возникновению аварийных ситуаций.

Описанные условия оптимальности работы пресса справедливы как для стационарного режима, когда значения I и 8 в среднем постоянны, так и для переходного режима, имеющего место, например, при выводе пресса с холостого хода на рабочую нагрузку. Существенно то, что в переходном режиме задача обеспечения оптимальности и надежности (безаварийности ) работы пресса усложняется, так как в этом случае подача пара

Q и сырья G меняется в значительных пределах, что увеличивает вероятность возникновения их соотношении, приводящих к двум типам аварийных ситуаций, описанных выше.

Снижение производительности пресса при эксплуатации его в неоптималь; ных режимах и в результате аварийных остановов нарушает ритмичность работы всей технологической линии гранулирования. А ликвидация последствий аварийных остановов требует больших затрат ручного труда на очистку смесителя и зоны прессования, а зачастую и на ремонт и регуна выходе входного сумматора регулятора поддерживается равным нулю, а выходной сигнал интегратора 28 отслеживает сумму значений сигналов с выходов датчика 6 температуры, блока

15 прогнозирования и второго дифференциатора 12, так как предпусковой режим является стационарным, последние два сигнала равны нулю и интегратор 28 отслеживает значение температуры пропаренного сы1.ья, поступающее с датчика 6. Другой контур

ООС охватывает выходной сумматор регулятора температуры через интегратор этого регулятора и переключатель

13. При этом на выходе регулятора температуры сигнал поддерживается равным нулю, а интегратор отслеживает значение сигнала поступающее с датчика 4 положения.

Благодаря действию ООС через переключатель 33 на выходе оптимизатора 10 также поддерживается сигнал, равный текущему значению температуры в смесителе, поступающему от датчика 6. Такие же функции выполняют контуры ООС в регуляторе тока 7, при этом интегратор регулятора тока повто-, ряет значение сигнала с датчика 2 положения, а интегратор 30 блока 29 формирования сигналов отслеживает текущее значение тока, поступающее с датчика 5. Таким образом, при включении системы управления, когда выходы переключателей 13, 14, 27, 31, 33 соединяются со своими вторыми входами, начальные условия динамических элементов в системе управления оказываются согласованными, что позволяет избежать переходных процессов с большими динамическими отклонениями, вызывающих аварийные ситуации. При включении системы управления, т.е. при установке переключателей 13, 14, 27, 31, 33 в показанное на чертеже состояние, система переходит в пусковой режим работы, характеризуемый движением регулируемых параметров

I u Q от их начальных значений к установленным I "T и В " . В этом режиме регуляторы температуры 8 и тока 7 имеют П + И структуру, а блоки

25 и 29 формирования сигналов представляют собой апериодические звенья первого порядка. Эти звенья образуются охватом интегратора 28 ООС через сумматор 26 и переключатель

27, а интегратора 30 †. ООС через

5 11 94690 лировку пресса перед повторным запуском его в работу. ,Динамические свойства каналов регулирования парметров тока и температуры пресСа-граиулятора также обладают определенными особенностями, главная из которых состоит в наличии запаздывания в управлении, т.е. изменение подачи сырья G или пара

11 приводит к изменению режимных параметров ? и О не сразу, а спустя определенное .время запаздывания. Запаздывание в управлении определяется, в основном, временем транспортирования сырья в смесителе и скоростью прогрева рассыпного материала паром.

Цель управления процессом гранулирования — обеспечение максимальной производительности при минимальных удельных энергозатратах и высокой надежности работы пресса.

В связи с этим задача управления заключается в поддержании как в стационарных, так и в переходных режи-мах оптимального соотношения Q/G или, что более удобно, температуры

9 " и в стабилизации тока нагрузки на номинальном уровне. При этом усло,ъ вием надежной работы пресса является невы.;од режимных параметров I u

9 за их граничные зна:ения I и 9

Система управления обеспечивает работу пресс-гранулятором в следующих режимах.

Если пресс работает на холостом ходу или управляется оператором, то система управления находится в предпусковом режиме. При выводе прессагранулятора с холостого хода на рабочую нагрузку система управления 40 работае-. в пусковом режиме. По окончании пускового режима система переходит в режим стабилизации оптимальной заданной нагрузки. Рассмотрим работу системы в каждом режиме от- 45 дельно.

Предпусковой режим имеет место, если не запущен привод питания пресса или пресс управляется оператором.

При этом выходы переключателей 13, 50

14, 27, 31, 33 соединены с их первыми входами, противоположно состоянию, показанному на чертеже. Замыкаются внутренние отрицательные обратные связи (ООС ) в системе управления, а именно входной сумматор регулятора температуры охватывается ООС через интегратор 28, благодаря чему сигнал

25 " ® ® (F } e„(1 1t где 1(м тм „,м коэффициент пеРеДа- 45 чи, постоянная времени и время запаздывания модели объекта по соответствующему каналу регулирования.

Модель инерционности канала регулирования (Р образована интегратором 17, охваченным ООС через сумматор 16, модель запаздывания канала регулирования 8 образуется звеном 18 запаздывания. Модель инерционности канала регулирования I обра- 55 зована интегратором 22, охваченным

ООС через сумматор 21, а модель запаздывания — звеном 23 запаздывания.

7 11946 сумматор 32 и переключатель 31. Переключатель 33 размыкает цепь ООС, охватывающую оптимизатор в предпусковом режиме, и выходной сигнал оптимизатора начинает движение к 5 вычисляемому оптимальному значению температуры. В пусковом режиме необходимо исключить возможность возникновения опасного соотношения Q/G, приводящего к переувлажнению сырья 10 и аварийной ситуации заклинивания прессущующего узла. Это достигается ограничением скорости изменения регулируемых параметров I и 8, формированием определенных алгоритмов 15 их изменения и минимизацией дисперсии колебаний регулируемых параметров Е и. 8, После включения системы управления на второй вход блока 25 форми- 20 рования сигнала подается оптималь-ное заданное значение температуры с выхода оптимизатора 10, а на второй вход блока 29 — заданное значение тока от задатчика 9.

Снижение колебаний регулируемых параметров I и 8 обеспечивается применением блоков прогнозирования.

Структура блоков прогнозирования включает в себя модель инерцион- 311 ности соответствующего канала регулирования с передаточной функцией и модель запазI, дывания в том же канале регулирования с передаточной функцией И (P) и рты

Полная передаточная функция каждого блока прогнозирования равна .

W,(PI=W (Pl(W „(Р11 +W ((1-W„(P1 е "" 1=Wр,(Р1 Н"„(Р1, передаточная функция разомкнутого контура регулирования; передаточная функция регулятора; передаточная функция инерционности канала регулирования; передаточная функция модели инерционности в блоке где W (P) Mp(P) И „(Р) bin kP) прогнозирования; о запаздывание в контуре регулирования; м запаздывание в модели в . блоке прогнозирования;

P — оператор Лапласа.

Благодаря компенсации запаздывания в контурах регулирования Е н при управлении прессом уменьшается колебательность регулируемых параметров Е и 8 и их динамические отклонения в переход(птх режимах, Пара9О 8

В системе управления блоки прогнозирования, а значит и модели соответствующих каналов регулирования, оказываются включенными параллельно соответствующим моделируемым каналам.регулирования пресса-гранулятора. При изменении, s процессе регулирования, положений механизмов регулирования подачи сырья или пара управляющее воздействие проходит через объект управления, проявляясь в изменении соответствующих регулируемых параметров I или 8 . Это же управляющее воздействие вводится и на блоки прогнозирования соответствующих датчиков положения механизмов регулирования подачи сырья и пара. Реакции на выходах реального канала регулирования и его модели суммируются на входном сумматоре соответствующих регуляторов. При W Ä (P) 1Р1„ (Р) и ьито эта суммарная реакция на изменение управляющего воздействия оказывается тождественной реакции соответствующего канала регулирования, но сдвинутой относительно нее на время запаздывания вперед, т.е. приме-. нение блоков прогнозирования позволяет исключить (компенсировать) за-. паздывание в управлении в соответствии с выражением.9 1194690 lO метры I и 6 в.пусковом режиме дос- Уменьшение отклонений (колебательтаточно точно отслеживают их задан- ности ) 8 относительно 8 " позволяные значения Т и 8, что поз- ет увеличить время работы пресса в

Зз воляет исключить возможность возник- оптимальном режиме прессования и новения аварийных ситуаций в этом уменьшить вероятность возникновережиме. ния аварийной ситуации, связанной с

После того, как заканчиваются пе- эамаэыванием прессующего узла. А реходные процессы в блоках 25 и 29 уменьшение колебательности I отноформирования, т.е. когда В ста- сительно I позволяет увеличить фут новится равной 8 " à I I ",. сис- 10 рабочий ток приводного электродвитема управления переходит в режим « гателя,äî номинального (за счет стабилизации оптимальных заданных увеличения подачи сырья на гранулизначений 9 " и I . В этом режиме рв опт рование ), без увеличения вероятности колебательность 1 и ® обусловлена перегрузки двигателя и срабатывания главным образом воздействием на сис- 15 аварийной защиты. Следовательно, тему управления внешних возмущений предлагаемая система, сущестиз-за неоднородности физико-механи- венно снижая дисперсии колебаний ческих свойств различных рецептов . Х и 9, позволяет вести процесс грасырья, температуры и давления подво- иулирования более эффективно по сравдимого пара, непостоянства напряже- . 20 нению с известным устройством Я, ния сети, изменения состояния рабо- т.е. повысить производительность С чих органов пресса в процессе ра- пресса-гранулятора и снизить удельные боты. энергозатраты на прессования, при одВ режиме стабилизаии, так же как новременном снижении вероятности вози в пусковом режиме, применение бпо- >5 никновения аварийных ситуаций, свяков прогнозирования позволяет улуч- занных с выходом I и 8 за их граничшить качество стабилизации регули- ные значения 1 и 9 . Последнее лик" руемых параметров Х и д на уровне их видирует простои оборудования и сниj ° ° жает затраты ручного труда по обслуэффективно компенсировать влияние 30 живанию пресса. внешних возмущений за счет csoespeменного адекватного изменения ре- Этим обуславливается эффективность акции регуляторов на их изменения использования системы управления

Т и 8, пресс-гранулятором.

Составитель В.. Стейемев

Редактор А .Долинин Техред С.Мигунова Мвщюктор С.Черни

Заказ 7364/20 Тираж 633 йещюйсиое

ВНИИПИ Государственного комитета ОЭ6У по делам изобретений и сл куытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская неб., д. 4/5

Филиал ЙЯЯ "Натеит", г. Уагоред, ун. 1Цвеектная, 4