Система управления водооборотным циклом технологического процесса

 

Изобретение относится к автоматическому управлению технологическими процессами. Цель изобретения - повышение точности системы управления. Для достижения цели система управления водооборотным циклом технологического процесса содержит датчик уровня воды в горячей камере, первый регулятор уровня, задатчик уровня, исполнительный орган на линии подачи воды в градирню, датчик уровня воды в холодной камере, второй регулятор уровня, исполнительный орган, установленный на линии подпитки, датчик расхода воды на продувку, регулятор расхода, исполнительный орган, установленный на линии продувки, датчики расхода воды на выходе горячей и холодной камер, сумматоры, задатчики минимального расхода воды на продувку, номинального и минимального уровня воды в холодной камере, ключи, блок вычисления ожидаемого расхода воды на производство, компаратор, нелинейный блок типа зона нечувствительности и блок запаздывания. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКuX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 05 0 7/06, 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4301047/24-24 (22) 02.09.87 (46) 23.08.90. Бюл. ¹ 31 (72) И.Д. Зайцев, А.Я. Мещеряков, А.Н. Слабоспицкий, А.А. Бобух, Г.Н. Ворошилов, Ю.В. Никуленко и А.И, Сурмак (53) 62 — 50(088.8) (56) Гуров А.M.,Ïî÷èíêèí С.M. Автоматизация технологических процессов.— M.; Высшая школа, 1979, с.56-66. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВОДООБОРОТНЫМ ЦИКЛОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ПРОЦЕССА (57) Изобретение относится к автоматическому управлению технологическими процессами. Цель изобретения — повышение

6 точности системы управления. Для достижения цели система управления водообоИзобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами и может быть использовано преимущественно для управления водооборотным циклом.

Целью изобретения является повышение точности системы управления.

На фиг, 1 представлена функциональная схема системы управления водооборотным циклом; на фиг. 2 — график зависимости величины коррекции задания на регулятор расхода воды на продувку от величины уровня в холодной камере.

Водооборотный цикл включает три стадии переработки воды, На первой стадии вода собирается от всех технологических объектов, где она используется для охлаждения и позтому разогревается, в горячую

„„5U„„1587471 А1 ротным циклом технологического процесса содержит датчик уровня воды в горячей камере, первый регулятор уровня, задатчик уровня, исполнительный орган на линии подачи воды в градирню, датчик уровня воды в холодной камере, второй регулятор уровня, исполнительный орган, установленный на линии подпитки, датчик расхода воды на продувку, регулятор расхода, исполнительный орган, установленный на линии продувки, датчики расхода воды на выходе горячей и холодной камер, сумматоры, задатчики минимального расхода воды на продувку, номинального и минимального уровня воды в холодной камере, ключи, блок вычисления ожидаемого расхода воды на производство, компаратор, нелинейный блок типа "Зона нечувствительности" и блок запаздывания. 2 ил. камеру 1. На второй стадии вода охлаждается в градирне 2. Третья стадия служит для сбора охлажденной воды в холодной камере

3 перед подачей ее на технологические объекты (производство), нуждающиеся в охлаждении, Для вывода воды из цикла служит линия продувки, расположенная после горячей камеры 1. Для ввода воды в цикле служит линия подпитки в холодную камеру 3.

Система управления водооборотным циклом технологического процесса содержит датчик 4 уровня воды в горячей камере

1, соединенный выходом с первым входом первого регулятора 5 уровня, второй вход которого связан с выходом задатчика 6 уровня, исполнительный орган 7. установленный на линии подачи воды в градирню, датчик 8 уровня воды в холодной камере 3, 1587471

55 и через блок 29 запаздывания соединены с вторым входом второго регулятора 9 уровня. соединенный выходом с первым входом второго регулятора 9 уровня, выход которого связан с входом исполнительного органа

10, установленного на линии подпитки, датчик 11 расхода воды на продувку, подключенный выходом к первому входу регулятора 12 расхода, выход которого соединен с входом исполнительного органа 13, установленного на линии продувки, датчики расхода воды на выходе горячей 1@и холодной 15 камер, сумматоры 16 — 18, задатчики минимального расхода воды на продувку

19, номинального уровня воды в холодной камере 21 и минимального уровня воды в холодной камере 20, ключи 22 — 25, блок 26 вычисления ожидаемого расхода воды на производство, компаратор 27, нелинейный .блок 28 типа "Зона нечувствительности" и блок 29 запаздывания;

При этом входы первого сумматора 16 соединены с выходами соответственно первого регулятора 5 уровня и датчика 11 рас хода воды на продувку, а выход — с входом исполнительного органа 7, установленного на линии подачи воды в градирню 2, входы второго сумматора 17 соединены с выходами соответственно датчика 14 расхода воды на выходе горячей камеры 1 и датчика 11 расхода воды на продувку, а выход — с перBbIM входом компаратора 27, второй вход которого подключен к выходу блока 26 вычисления ожидаемого расхода воды на производство, вход которого соединен с выходом датчика 15 расхода воды на выходе холодной камеры, входы третьего сумматора 18 связаны соответственно с выходом датчика 14 расхода воды на выходе горячей камеры 1, с выходом блока 26 вычисления ожидаемого расхода воды на производство и с выходом нелинейного блока 28 типа "Зона нечувствительности", вход которого подключен к выходу датчика 8 уровня воды в холодной камере 3, информационные входы ключей 22 — 25 соединены с выходами соответственно третьего сумматора 18, задатчика 19 минимального расхода воды на продувку, задатчика 21 минимального уровня воды в холодной камере 3 и задатчика 20 номинального уровня воды в холодной камере 3, управляющие входы ключей 22 и 24 связаны с прямым выходом компаратора

27, а управляющие входы ключей 23 и 25— с инверсным выходом компаратора 27, вы- ходы ключей 22 и 23 объединены и подключены к второму входу регулятора .12 расхода, выходы ключей 24 и 25 обьединены

В системе управления. реализуется следующий алгоритм т (е) = Кп (е) + Yai f е gt; о

01"= Л1(Й,-R,);

2(г11 Ht );

2 2.

> Э(Н1 — Ht ) — Rt, 1 +т(с= (R, - Р,) К

« « +r/t R t+г4, то

2 з

Rt=Rmin, H t+r =Hp

Если At+<)t < з „, т, то

Rt +th K f(Hmin, Hmax, Н );

1 "2 . -1 2

Н1+г Hmin, 2

О, ЕСЛИ Н„ „ Н, Hmax

К1 (Hmln — Ht ) если Н„„„> Н, г

K1 (Hmax —,Н ),ЕСли Hmax (Нс., г 2 где л (е) — закон регулирования ПИ с параметрами К1ь K2i (I — номер регулятора);

Ut — управляющие воздействия на лиR нии продувки;

Ut — управляющие воздействия на линии подпитки;

Ut — управляющие воздействия на линии подачи вОды на градирню;

Й1 — расход воды на продувку;

Rt — расход воды после горячей камеры;

1 з

Rt + Ы вЂ” ожидаемый расход воды после градирни с упреждением г, определенный в момент времени t;

Rt — заданный расход воды на продувку; г

Rt+тЛ вЂ” ожидаемый расход воды на производство после холодной камеры с упреждением т, определенный в момент времени с

Н вЂ” уровень в горячей камере;

-г

Ht — уровень в холодной камере;

Ht — заданный уровень в горячей каме-1 ре;

Н вЂ” заданный уровень в холодной камере;

Rmin — минимальный расход воды на продувку;

Hmin — минимальный уровень в холодной камере;

Hmax — максимальный уровень в холодной камере:

Hp — номинальный уровень в холодной камере;

К вЂ” коэффициент потерь воды в градирне; г — время транспортного запаздывания возмущения потока воды при прохождении через градирню.

1587471

Ожидаемый расход воды нэ производство определяется известным соотношением (и рогнозирующей модел be):

2

% +т/с = al Ri — in+ Ь, i 0 г где R — расход воды после холодной камеры; а — параметры прогнозирующей модели;

m — порядок модели;

n— - шаг квантования времени (и т );

 — тренд.

Система работает следующим образом.

Уровни воды в горячей 1 и холодной 3 камерах измеряются датчиками 4 и 8. Расходы воды на продувку на выходах горячей

1 и холодной 3 камер измеряются датчиками

11, 14 и 15. Первый регулятор 5 осуществляет регулирование уровня в горячей камере

1 по сигналу от датчика 4 уровня. Задание первому регулятору 5 уровня формирует задатчик 6 уровня. Управляющее воздействие с первого регулятора 5 уровня поступает на первый сумматор 16, где производится вычитание сигнала, пропорционального расходу, измеренному датчиком 11 расхода воды на продувку. Это позволяет при регулировании уровня воды в горячей камере 1 30 учесть как расход воды на градирню 2, так и расход воды на продувку. С первого сумматора 16 управляющее воздействие поступает на исполнительный орган 7. Второй регулятор 9 уровня осуществляет регулирование уровня в холодной камере 3 по сигналу от датчика 8 уровня воды в холодной камере воздействием на исполнительный орган 10 в линии подпитки. Регулятор 12 расхода осуществляет регулирование рас- 40 хода воды воздействием на исполнительный орган 13 на линии продувки. Второй сумматор 17 по сигналам с датчика 14 расхода воды на выходе горячей камеры 1 и датчика 11 расхода воды на продувку фор- 45 мирует ожидаемый расход воды после градирни 2 с упреждением г;

При этом используется масштабирование к входам сумматора 17, позволяющее учесть потери воды в градирне 2. Ожидаемый расход воды после градирни 2 равен ожидаемому расходу воды на холодную ка- 55 меру 3.

Блок 26 вычисления ожидаемого расхода воды на производство осуществляет определение прогноза Rt + r/ указанного г расхода по текущим значениям расхода воды, измеренных датчиком 15 расхода воды на выходе холодной камеры.

Блок 26 вычисления ожидаемого расхода воды на производство может быть реализован на основе программируемого контроллера. Благодаря встроенному программному обеспечению контроллер позволяет выполнить все функции блока 26. включая сбор информации от датчиков, отсчет временных интервалов, формирование временных задержек и, при необходимости, корректировку параметров прогнозирующей модели.

Компаратор 27 осуществляет управляющее воздействие на процесс формирования заданий второму регулятору 9 уровня и регулятору 12 расхода в зависимости от результата сравнения ожидаемых расходов на холодную камеру 3 и на производство.

Стационарное состояние водооборотного цикла характеризуется стабильным водопотреблением производства. При этом приход воды на горячую камеру 1 равен расходу воды из горячей камеры 1 (при постоянстве уровня в горячей камере). Расход воды на холодную камеру 3, с учетом потерь воды в градирне 2, меньше, чем расход воды на производство после холодной камеры 3.

В этих условиях в соответствии с алгоритмом функционирования системы управления ожидаемый расход воды на производство больше, чем ожидаемый расход воды на холодную камеру 3, и поэтому сигнал с прямого выхода компаратора 27 открывает ключи 23 и 25, а сигнал с инверсного выхода компаратора 27 держит закрытыми ключи 22 и 24. Тем самым задание регулятору 12 расхода поступает с задатчика 19 минимального расхода воды на продувку и равно минимальному расходу воды на продувку. Задание второму регулятору 9 уровня поступает с задатчика 20 номинального уровня воды в холодной камере и равно номинальному уровню в холодной камере 3.

При имеющих место возмущениях в водопотреблении водооборотный цикл переходит в нестационарное состояние, которое характеризуется колебаниями расхода воды на производство и/или после горячей камеры 1.

В случае, если ожидаемый расход воды на производство становится меньше ожидаемого расхода воды на холодную камеру 3 (что может произойти, например, при уменьшении потребления воды производством и/или увеличении расхода воды после горячей камеры 1), компаратор 27 выдает новые управляющие сигналы. Сигнал с прямого. выхода компаратора 27 закрывает ключи 23

158747.1 и 25, а сигнал с инверсного выхода компаратора 27 открывает ключи -22 и 24, Это ведет к изменению заданий на второй регулятор 9 уровня и регулятор 12 расхода.

На второй регулятор 9 уровня поступает 5 задание с задатчика 20 минимального уровня воды в холодной камере 3 через блок 29 запаздывания и равное минимально допустимому уровню в холодной камере 3, Таким образом, к моменту изменения соотноше- 10 ния ожидаемь х расходов воды на производство и холодную камеру, благодаря блоку 29 запаздывания,. второй регулятор 9 уровня получает новое задание, меньшее номинального, что приводит к перекрытию под- 15 питки, так как уровень в холодной камере 3 приблизительно равен номинальному.

На регулятор 12 расхода поступает увеличенное задание на продувку, так как производство не способно потребить всю воду, 20 которая идет после горячей камеры 1, с сумматора 18 через первый ключ 22..Сумматор

18 форйирует увеличенное задание расхода воды на продувку в зависимости от ожидаемого расхода воды на производство с блока 25

26 вычисления ожидаемого расхода воды, текущего расхода воды после горячей камеры 1 от датчика 14 расхода и корректирующего сигнала от датчика 8 уровня воды в холодной камере 3, поступающего через не- 30 линейный блок 28. Тем самым, в сумматоре

18 реализуется соотношение

В1= — R + / К вЂ” <(

Наличие нелинейного блока 28 типа

"Зона нечувствительности" позволяет компенсировать неточность вычисления задания на продувку. Если уровень в холодной

° камере 3 стал меньше минимального допустимого значения, то включается подпитка и уменьшается задание на продувку, Если уровень в холодной камере 3 превысил максимально допустимое значение, то задание на продувку увеличивается. Если уровень в холодной камере 3 лежит между максимальным и минимальным значением, то коррекция равна нулю. Особенностью динамического переключения заданий является то, что задания переключаются в строгой последовательности, сначала задания для регулятора 12 расхода, а затем через время r для второго регулятора 9 уровня в холодной камере 3.

В случае, если ожидаемый расход воды нэ производство превысит ожидаемый расход воды на холодную камеру 3, то задания для второго регулятора 9 уровня и регулятора 12 расхода становятся соответственно

pBBHblMvI номинальному уровню в холодной камере 3 (с запаздыванием относительно текущего времени) и минимальному расходу на продувку.

Формула изобретения

Система управления водооборотным циклом технологического процесса, содержащая датчик уровня воды в горячей камере, соединенный выходом с первым входом первого регулятора уровня, второй вход которого связан с выходом задатчика уровня, датчик уровня воды в холодной камере, соединенный выходом с первым входом второго регулятора уровня, выход которого связан с входом исполнительного органа, установленного на линии подпитки, датчик расхода воды на продувку, подключенный выходом к первому входу регулятора расхода, выход которого соединен с входом исполнительного органа, установленного на линии продувки, а также исполнительный орган, установленный на линии подачи воды в градирню, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит датчики расхода воды на выходе горячей и холодной камер, три сумматора, задатчики минимального расхода воды на продувку, номинального уровня воды в холодной камере и минимального уровня воды в холодной камере, четыре ключа, блок вычисления ожидаемого расхода воды на производство, компаратор, нелинейный блок типа "Зона нечувствительности" и блок запаздывания, причем входы первого сумматора соединены с выходами соответственно первого регулятора уровня и датчика расхода воды на продувку, а выход — с входом исполнительного органа, установленного на линии подачи воды в градирню, входы второго сумматора соединены с выходами соответственно датчика расхода воды на выходе горячей камеры и датчика расхода воды на продувку, а выход — с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу блока вычисления ожидаемого расхода воды на производство, вход которого соединен с выходом датчика расхода воды на выходе холодной камеры, входы третьего сумматора связаны соответственно с выходом датчика расхода воды на выходе горячей камеры, с выходом блока вычисления ожидаемого расхода воды на производство и с выходом нелинейного блока типа "Зона нечувствительности", вход которого подключен к выходу датчика уровня воды в холодной камере, информационные входы ключей соединены с выходами соответственно третьего сумматора, задэтчика минимального расхода воды нэ продувку, задатчика минимального уровня воды в холодной камере и задатчика номинального уровня воды в холодной камере, управляю1587471

10 ие.1

Составитель Л.Цаллагова

Техред М.Моргентал Корректор Л.Патай

Редактор Н.Бобкова

Заказ 2419 Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 щие входы первого и второго ключей связаны с прямым выходом компаратора, а управляющие входы третьего и четвертого ключей — с инверсным выходом компаратора, выходы первого и третьего ключей объединены и подключены к второму входу регулятора расхода, выходы второго и четвертого ключей объединены и через блок запаздывания соединены.с вторым входом второго регуля5 тора уровня,