Устройство для регулирования давления

 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования давления и предназначено для использования в различных отраслях промышленности, где необходимо снабжать потребителя жидким продуктом постоянного давления, подаваемым в них из емкости. Сущность изобретения состоит в том, что датчик 13 обратной связи, по которому осуществляется регулирование давления, установлен на входе потребителей жидкого продукта, а раздаточная емкость 8 соединена с ними через турбинный преобразователь 14 расхода (ТПР) и клапаны 12-1... 12-d, ТПР 14 совместно с преобразователем 24 частота-код измеряют секундный расход жидкости, по которому вычислитель 25 значений параметров и настройки регулятора расхода 2 определяет составляющую G^I_г расхода газа, подаваемого в емкость 8 из баллона 1, идущую на восполнение ее освобождаемого объема. Вторая составляющая G^I_г^I, предназначенная для компенсации возникающих сигналов рассогласования, определяется по соотношению, которым описывается закон ПИД-регулирования, причем значения входящих в него постоянных времени интегрирования τ_п и дифференцирования τ_д, а также коэффициента К_p передачи по давлению корректируются по мере опорожнения емкости 8 и увеличения объема ее газовой среды. Для этого емкость снабжена датчиком 10 уровня, подключенным к вычислителю 25 через преобразователь 29 дискретных сигналов в код. Измерительная информация с датчиков 11, 14, 7 давления и угла α поворота дросселя 5 вводится в вычислитель 25 через преобразователи напряжения 30...32, коммутатор 33 и преобразователь 34 аналог-код. Температура газовой среды, учитываемая при вычислении G^I_г, измеряется датчиком 9 и вводится в вычислитель 25 через блок 28. Вычислитель 25 настраивает регулятор 2 по сумме составляющих расхода газа G^I и G^II, используя его расходную характеристику α=f(G_г). Управляющие команды в регулятор 2 поступают через ключи 27 формирователя 26, а блоки 15 и 22 предназначены для управления клапанами 12-1...12-d. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования давления и предназначено для использования в различных отраслях промышленности, где необходимо снабжать потребители жидким продуктом постоянного давления, подаваемым в них из емкости.

Известна система регулирования давления в напорном трубопроводе, содержащая насосный агрегат с датчиком расхода, установленные на линии подачи жидкости в потребители, регуляторы гидравлических характеристик насосного агрегата и линии подачи жидкости, узел сброса жидкости, преобразователь частота-код с блоком сравнения, сигнализаторы потока жидкости в потребителях, сумматор, преобразователь напряжение-код и преобразователь код-напряжение [1] В этой системе регулирование давления жидкости на входе потребителей осуществляется путем изменения числа оборотов насосного агрегата, что не обеспечивает высокой точности и является ее недостатком. Кроме того, она имеет ограниченное применение, т.к. не может быть использована в тех случаях, когда потребители не допускают колебаний давления, поступающих на их входы от работающего насоса.

Известно устройство, в котором регулирование давления осуществляется с помощью дроссельной заслонки, установленной на линии подачи жидкости в потребители и управляемой приводом гидравлического типа [2] Это устройство также имеет низкую точность и ограниченное применение, т.к. не всегда допустим излишний перепад давления, создаваемый на дроссельной заслонке.

Известно устройство для регулирования давления, содержащее газовую магистраль с регулятором расхода газа, первый датчик давления и датчик температуры, установленные в емкости, сообщенной входом с регулятором расхода газа, а выходом через клапаны с потребителями сжатого газа, блок измерения температуры, блок управления, первый вход которого соединен с входом задатчика временных импульсов, формирователь управляющих команд, выходами подключенный к соответствующим входам регулятора расхода газа, другой управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, последовательно соединенные преобразователь напряжения и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), второй датчик давления, установленный на входе регулятора расхода газа, задатчик расхода газа, два преобразователя "частота-код" и вычислитель значений давления и угла поворота дросселя, первый информационный вход которого соединен с выходом блока измерения температуры, его второй и третий информационные входы через преобразователи "частота-код" подключены к выходам датчиков давления соответственно, а четвертый информационный вход через АЦП и преобразователь напряжения к информационному выходу регулятора расхода газа, третьи выходы блока управления соединены с управляющими входами клапанов, а его четвертый выход с входом запуска вычислителя значений давления и угла поворота дросселя, первый и второй входы задатчика расхода газа соединены соответственно с пятым выходом блока управления и с первым выходом задатчика временных импульсов, второй выход которого подключен к вторым входам преобразователей частота-код, третий выход к входам синхроимпульсов вычислителя значений давления и угла поворота дросселя и блока измерения температуры, а пятый информационный вход этого вычислителя соединен с выходом задатчика расхода газа [3] К недостатку данного устройства следует отнести его ограниченные возможности, т.к. оно не может быть использовано для регулирования давления жидкого продукта, подаваемого в потребители из емкости, вследствие того, что в этом случае постепенное увеличение объема ее газовой подушки приводит к повышению инерционности контура обратной связи, перерегулированию и снижению точности.

Цель изобретения расширение области применения устройства за счет регулирования давления жидкого продукта, подаваемого в потребители из раздаточной емкости.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 схема вычислителя значений параметров и настройки регулятора расхода, на фиг. 3 - схемы преобразователя "частота-код", блока вычисления текущих значений параметров и блока усреднения величин давления соответственно, на фиг. 4 - схема преобразователя дискретных сигналов в код, на фиг. 5 временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства и на фиг. 6 структурная схема алгоритма параметров и формирования управляющих воздействий.

Устройство содержит (фиг. 1) источник 1 сжатого газа, регулятор 2 расхода газа, включающий, например, электропневмоклапаны (ЭПК) 3-1, 3-2, расходную шайбу 4 и газовый дроссель 5 с электрическим приводом 6 и датчиком 7 угла поворота, емкость 8 с жидким продуктом, в которую установлены датчик 9 температуры и датчик 10 уровня, первый датчик 11 давления, клапаны 12-1. 12-d, смонтированные на входе потребителей жидкого продукта, второй датчик 13 давления, турбинный преобразователь 14 расхода (ТПР), блок 15 управления в составе коммутирующих элементов 16, 17-1.17-d, элемента ИЛИ 18 и ключей 19, 20-1. 20-d, посредством которых обмотки ЭПК 3-2 и 21-1.21-d блока 22 подключаются к питающей шине U_y, баллон 23 с сжатым газом, преобразователь 24 частота-код, вычислитель 25 значений параметров и настройки регулятора расхода, формирователь 26 выходных команд, в состав которого входят ключи 27-1. 27-3, блок 28 измерения температуры, преобразователь 29 дискретных сигналов в код, первый 30, второй 31 и третий 32 нормирующие преобразователи, коммутатор 33 и преобразователь 34 аналог-код.

Основу датчика 10 составляют n индикаторов 35 уровня, например, емкостного типа, равномерно расположенные по его высоте с шагом, равным l мм.

Вычислитель 25 имеет следующие функциональные элементы (фиг. 2): блок 36 вычисления текущих значений параметров, блок 37 усреднения величин давления, блок 38 элементов памяти, преобразователь 39 кодовых сигналов в объемные расходы жидкости, преобразователь 40 кодовых сигналов в постоянные времени уравнения ПИД-регулирования, преобразователь 41 кодовых сигналов в углы поворота дросселя, регистры 42, 43, первый вычитатель 44, блоки 45.49 умножения, блоки 50, 51 интегрирования и дифференцирования, блок 52 деления, сумматоры 53, 54, счетчики 55.57 импульсов, первый дешифратор 58 адреса, генератор 59 тактовых импульсов f_т, ключ 60, второй дешифратор 61 адреса, блоки 62. 64 сравнения, второй вычитатель 65 и элементы И 66, 67.

Преобразователь 24 частота-код в простейшем варианте содержит (фиг. 3) счетчики 68 и 69 импульсов, RS-триггер 70, генератор 71 образцовой частоты f_о, элемент И 72, ключ 73, регистр 74 и элемент задержки 75.

Для измерения величин давления газовой среды в емкости 8 и на входе клапанов 12 использованы датчики 11, 13 аналогового типа. Их градуировочные характеристики записываются, например, уравнениями 1-ой cтепени: P_1i a₁U_2i + a_о (1) P_2i b₁U_3i + b_о (2) где P_1i, P_2i текущие значения давлений, измеряемых соответственно датчиками 11 и 13; а₁, а_o; b₁, b_о коэффициенты градуировочных характеристик этих датчиков; U_2i, U_3i электрические сигналы, снимаемые с выходом датчиков 11 и 13.

Датчик 7 также имеет прямолинейную характеристику: α_i=C₁U_1i+C_o, (3) где α_i угол поворота дросселя 5; С₁, С_o коэффициенты аппроксимации градуировочной характеристики датчика 7;
U_1i электрический сигнал, снимаемый с его выхода.

Предварительно к вычислению текущих значений параметров (давления и угла поворота дросселя) по уравнениям (1), (2), (3) блок 36 содержит умножители 76, 77, субблок 78 элементов постоянной памяти, сумматор 79 и элемент задержки 80.

Блок 37 в предлагаемом варианте включает сумматоры 81, 82, накапливающие регистры 83, 84 и умножители 85, 86.

В качестве элементов памяти блока 38 использованы D-триггеры 87-1.87-p. Их количество равно числу адресных разрядов преобразователя кодов 40.

Преобразователь 29 включает (фиг. 4) диодную матрицу (шифратор) 88, элементы И 89-1.89-n и элементы НЕ 90-1.90-n.

Расходная шайба 4 регулятора 2 имеет небольшую площадь проходного сечения и вместе с ЭПК 3-1 предназначена для создания предварительного давления в емкости 8.

В общем случае основные функциональные узлы устройства (регулятор расхода, преобразователь частота-код, вычислитель 25 и пр.) могут иметь иное построение. Например, в регуляторе 2 для дозирования расхода газа вместо дросселя 5 могут быть применены калибровочные шайбы, управляемые электропневмоклапанами, с площадью проходного сечения, пропорциональной двоичному коду. Такой вариант исполнения регулятора расхода газа соответствующим образом видоизменит схему вычислителя 25 в части формирования управляющих воздействий и т.д.

Устройство работает следующим образом.

В общем случае газ, поступающий в емкость 8 из баллона 1, расходуется на заполнение освобождаемого объема и на изменение величины давления газовой подушки, если давление на входе клапанов 12 отличается от заданного уровня. Ту часть суммарного расхода газа, которая идет на восполнение освобождаемого объема, можно определить из следующего соотношения:

где ΔV секундный освобождаемый объем емкости 8, равный секундному расходу жидкого продукта в потребителе;
P₁, Т давление и температура газовой среды в емкости 8;
R газовая постоянная продукта, подаваемого в емкость из баллона 1.

Для количественной оценки секундного расхода газа , затрачиваемого на компенсацию возникающих сигналов рассогласования, можно использовать уравнение, которым описывается закон ПИD регулирования. Применительно к рассматриваемому случаю оно имеет вид:

где К_p коэффициент передачи по давлению;
ΔP отклонение регулируемого параметра (давления на входе клапанов 12) от заданной величины;
τ_и, τ_д постоянные времени интегрирования и дифференцирования соответственно;
t текущее время техпроцесса;
P₂ величина давления, измеряемого 2-ым датчиком.

Коэффициент передачи К_p означает импульс расхода газа, который необходимо сообщить емкости для компенсации единичного сигнала рассогласования, например, равного 1 кгс/см². Является переменной величиной, зависящей от объема газовой среды в емкости.

Составляющая эквивалентна интегральной сумме , а дифференциальную составляющую можно представить в виде приращения регулируемого параметра за время t_s, т.е.

Тогда уравнение (5) примет вид:

где t_s длительность измерительного цикла,
P_2(j-1) величина регулируемого параметра, полученная на предыдущем измерительном цикле.

В исходном состоянии коммутирующие элементы 16, 17-1.17-d и ключи 19, 20-1.20-d блока 15 разомкнуты. ЭПК 3-1, 3-2, 21-1.21-d и клапаны 12-1.12-d закрыты. Дроссель 5 настроен на угол α_нач, при котором начальный расход газа G_{г нач} будет компенсировать потерю давления Р₁ от предполагаемого начального расхода жидкости в потребителе. Емкость 8 наполнена жидким продуктом в количестве, достаточном для выполнения запланированного объема технологических операций. В баллонах 1 и 23 создано необходимое давление сжатого газа. В вычислителе 25 счетчики 55.57, регистры 42, 43, 83, 84 обнулены, ключ 60 разомкнут, элементы И 66, 67 закрыты. На всех выходах дешифраторов 58 и 61 установлены сигналы низкого уровня (логические "0"). В ячейках памяти преобразователя 39 записана зависимость значений секундного расхода ΔV_i жидкости от величины кодового сигнала KOD F_хi, формируемого на выходах преобразователя 24, т.е. ΔV_i=f(KODF_xi). Причем значения ΔV_i в заданном диапазоне измерений определяют по проливочной характеристике ТПР 14, записываемой, например, в виде уравнения I-ой степени:
ΔV_i=m₁F_xi+m_o, (7)
где F_хi частота измерительного сигнала, выделяемого ТПР 14,
m₁, m_о постоянные коэффициенты.

Код, накапливаемый преобразователем 24 за интервал времени q Т_i, будет равен

где q число периодов измерительного сигнала, в течение которых осуществляется накопление информационного кода KOD F_xi и равное уставке счетчика 68;
f_о значение образцовой частоты, вырабатываемой генератором 71.

Преобразователь 40 имеет три раздела памяти с одним адресным входом, в которые считаны соответственно значения коэффициента K_p передачи и постоянных времени 1/τ_и, τ_д, как функций кодовых сигналов KODI V_j, формируемых датчиком 10 уровня совместно с блоком 29. Зависимости K_р=f(KODIV_j), 1/τ_и=f(KODIV_j) и τ_д=f(KODIV_j) устанавливают, как правило, опытным путем, применительно к тем объемам газовой подушки емкости 8, которые соответствуют отметкам индикаторов уровня 35-1.35-n.

В память преобразователя 41 записаны значения расчетных углов α_расч, на которые необходимо настраивать дроссель 5 для обеспечения суммарного расхода газа G_г, вычисленного по соотношениям (4) и (5). Зависимость α_расч=f(G_г) известна из расходной характеристики регулятора 2, задаваемой, например, в виде полинома 2-ой cтепени:
α_расч=L₂G²_г+L₁G_г+L_o, (9)
где L₂, L₁, L_о аппроксимирующие коэффициенты.

В элементы памяти субблока 78 загружены данные (таблица), относящиеся к коэффициентам преобразования напряжений K_пр1, K_пр2, K_пр3 нормирующих преобразователей 30, 31, 32 совместно с блоком 34 и коэффициентам a₁, а_о, b₁, b_о, С₁, С_о градуировочных характеристик датчиков 11, 13 и 7 соответственно. Причем

где δ₃₄ коэффициент преобразования аналоговых сигналов в код, характеризующий изменение входного сигнала преобразователя 34, приходящееся на один дискрет его выходного кода KOD U_i;
K_у30, K_у31, K_у32 коэффициенты усиления преобразователей 30, 31 и 32 соответственно.

В общем случае технологический процесс, связанный с регулированием давления на входе потребителей, может быть начат с любого уровня жидкости в емкости 8, поэтому на выходах преобразователя 29 установлен код, соответствующий порядковому номеру индикатора 35, чувствительные элементы которого находятся непосредственно над зеркалом жидкости. Например, емкость заполнена до I-го индикатора. В этом случае он формирует сигнал низкого уровня (логический "0"), а все остальные, т.е. погруженные в жидкость единичные сигналы. В преобразователе 29 элементы И 89-2.89-n закрыты, а элемент И 89-1 открыт и на выходах диодной матрицы 88 установлен код 001, который передается на адресные входы преобразователя 40 через D-триггеры 87-1.87-n блока 38, имеющих произвольное состояние.

Для создания предварительного давления на входе клапанов 12, равного по величине P_зад, замыкают коммутирующий элемент 16 блока 15 управления. Сформированный при этом потенциальный сигнал адресуется на вход запуска вычислителя 25 и далее на управляющий вход ключа 60. Последний замыкается и импульсы напряжения с тактовой частотой f_т, вырабатываемые генератором 59, начинают заполнять счетчик 57, считывая содержимое дешифратора 61, которое рассчитано на выдачу в каждом измерительном цикле следующей серии управляющих команд:
первый импульс напряжения, возбуждаемый на его выходе Q₁ в момент времени τ₁ (фиг. 5), поступает на С-вход счетчика 55 и вход считывания информации преобразователя 34, вследствие чего на его выход выводится текущее значение информационного кода KOD U_3i, полученного в результате преобразования аналогового сигнала датчика 13;
на выходе счетчика 55 устанавливается 1-ый адресный код, по которому коммутатор 33 подключает к информационному входу преобразователя 34 выход датчика 7 (через блок 30), а из ячеек памяти субблока 78 выводятся значения коэффициентов K_пр3, b₁ и b_о;
2-я команда, формируемая на выходе Q₂ дешифратора 61 в момент времени τ₂, адресуется на управляющий вход блока 36, который выполняет три вычислительные процедуры сначала умножитель 76 переводит информационный код KOD U_3i в измерительный сигнал U_3i датчика 13

затем 2-ой умножитель 77 вычисляет произведение b₁ U_3i, а сумматор 79 устанавливает окончательный результат:
P_2i b₁U_3i + b_о;
импульс напряжения, выделенный на 3-ем выходе дешифратора 61 в момент времени τ₃, поступает на вход младшего разряда А_о блока 58 и совместно с кодом выборки 001 (входы А₁, А₂) формирует команду обращения к регистру 84 для записи в него вычисленного значения давления P_2i;
4-я команда вновь возбуждается на первом выходе дешифратора 61 к этому моменту времени преобразование аналогового сигнала датчика 7 заканчивается и накопленный информационный код KOD U_1i считывается в блок 36;
одновременно в счетчик 55 записывается 2-я единица, устанавливая на его выходе код выборки 002, по которому коммутатор 33 подключает к информационному входу преобразователя 34 выход датчика 7 (через блок 30), а из соответствующих ячеек памяти субблока 78 на его выходы считываются значения коэффициентов К_пр1, С₁ и С₀;
5-я команда вновь задействует в работу блок 36, который преобразует код KOD U_1i в измерительный сигнал U_1i аналогично соотношению (II), а затем определяет угол α_i по уравнению (3);
по 6-ой команде вычисленное значение угла α_i записывается в регистр 42;
три следующие команды (момент времени τ₇, τ₈, τ₉) предназначены для выделения информационного кода KOD U_2i, вычисления по нему текущего значения параметров P_1i согласно уравнению (1) и записи полученного результата в регистр 83.

Последняя команда этой серии (момент времени τ₁₀) производит обнуление счетчиков 57 и 55, обеспечивая безусловный переход на нулевой адрес микропрограммы дешифратора 60, после чего цикл формирования управляющих сигналов на его выходах Q₁.Q₃, Q₈ повторяется. От вышерассмотренного он отличается лишь тем, что вычисленные величины давлений P_1(i+1) и P_2(i+1) считываются в регистры 83, 84 после их суммирования с предыдущими значениями P_1i, P_2i, для чего в схему блока 37 включены элементы 81, 82. Все последующие циклы опроса датчиков 7, 11, 13 производятся аналогичным образом, начиная с момента времени τ₁₁.

Окончание цикла опроса датчиков сопровождается увеличением на 1 содержимого счетчика 56. После считывания в него, например, Z-го импульса, на его выходе переноса появляется единичный сигнал, по которому дешифратор 61 в момент времени τ_z+1 выдает в схему дополнительную команду, поступающую с его 4-го выхода в блок 37 для вычисления усредненных значений давлений P_1j и P_2j:

где P_1Σ, P_2Σ содержимое регистров 83, 84, которое после Z опросов датчиков 11 и 13 соответственно равно


Длительность импульсного сигнала Q₄ выбирается достаточной для выполнения вышеуказанной операции умножения. По его заднему фронту счетчик 56 возвращается в исходное состояние и производится обнуление регистров 83, 84. Далее измерение усредненных величин давления Р_1j и Р_2j циклически повторяется вплоть до размыкания коммутирующего элемента 16, входящего в состав блока управления 15.

Измерительный цикл заканчивается вычислением величины сигнала рассогласования ΔP_2j, как разности заданного и измеренного давления на входе клапанов 12:
ΔP_2j=P_зад-P_2j (15)
Данная вычислительная операция выполняется вычитателем 44, а полученный результат передается на 1-ый вход блока 62 сравнения. Поскольку в первоначальный момент времени давления P_2j меньше заданного уровня (ΔP₂ >0), то на выходе этого блока устанавливается управляющий код KOD 1 в виде логической "1", который транслируется в формирователь 26 и замыкает ключ 27-1, подсоединяя обмотку ЭПК 3-1 к питающей шине U_y. ЭПК открывается и газ из баллона 1 начинает поступать в емкость 8. Когда давление на входе клапанов 12 повысится до заданного уровня (P_2j ≥ P_зад), управляющий код на выходе блока 62 не будет сформирован, ключ 27-1 разомкнется и закроет ЭПК 3-1.

Устройство считается подготовленным к выполнению технологических работ.

Для подачи в потребители жидкого продукта из емкости 8 замыкают соответствующие коммутирующие элементы, например, 17-1 и 17-2 блока 16.

При этом срабатывают ключи 20-1, 20-2, открываются ЭПК 21-1, 21-2 блока 22, а затем и клапаны 12-1, 12-2. Жидкий продукт начинает поступать в потребители, раскручивая крыльчатку ТПР 14 и возбуждая на его выходе импульсы напряжения, частота F_x следования которых пропорциональна секундному расходу жидкости. Эти импульсные сигналы транслируются в блок 24, где они циклически преобразуются в информационные коды KOD F_хi. В начале каждого цикла счетчики 68 и 69 находятся в обнуленном состоянии, элемент И 72 закрыт, а в регистр 74 записан код, выделенный на предыдущем измерительном цикле. При поступлении на вход преобразователя 24 очередного импульсного сигнала F_х в счетчик 68 записывается первая единица, а триггер 70 переключается в единичное состояние, открывая элемент И 72 и подсоединяя тем самым выход генератора 71 образцовой частоты f_о к счетному входу счетчика 69. После прохождения q импульсов измеряемой частоты F_x на выходе переполнения счетчика 68 возбуждается единичный сигнал, который переводит триггер 70 в исходное состояние, закрывая элемент И 72. Одновременно содержимое счетчика 69 (информационный код KODF_xi) переписывается в регистр 74. Затем оба счетчика обнуляются и цикл измерения частоты F_x повторяется.

После замыкания коммутирующих элементов 17-1, 17-2 блока 15 электрические сигналы с их выходов через элемент ИЛИ 18 транслируется на управляющие входы ключа 19 и вычислителя 25, следующим образом видоизменяя состояние схемы устройства:
ключ 19 подсоединяет обмотку ЭПК 3-2 к питающей шине U_y и открывает его, задействуя в работу газовый дроссель 5;
в вычислителе 25 подготавливаются к открытию элементы И 66, 67, и потенциальный сигнал, соответствующий логической "1" и поступающий на вход А₇ дешифратора 61, инициирует формирование на его выходах Q₅, Q₆ и Q₇ в конце каждого измерительного цикла трех дополнительных команд (фиг. 5), предназначенных для поднастройки дросселя 5, а именно:
команда Q₆ запускает блоки 50 и 51, которые определяют интегральную и дифференциальную части уравнения (6), используя информацию, выделенную вычитателем 44 и блоком 37;
кроме того, команда Q₅ поступает на управляющие входы умножителя 45 и ключа 73, входящего в состав преобразователя 24, при этом умножитель 45 вычисляет произведение ΔV_jP_1j, а ключ 73 закрывается, блокируя запись в регистр 74 новых данных (KOD-a F_xi), с тем чтобы исключить сбой информации на выходе блока 39 при считывании ее в элементы памяти умножителя 45;
аналогичную функцию выполняет и блок 38 те его D-триггеры 87-1.87-n, на информационные входы которых поступают сигналы высокого уровня, по переднему фронту команды Q₅ устанавливаются в единичное состояние, а остальные D-триггеры обнуляются, фиксируя на выходе блока 38 информационный код KODIV_j для безошибочного ввода данных в умножители 46, 47, 49;
одновременно команда Q₅ транслируется на синхронизирующий вход блока 28 и считывает на его выход значение температуры Т_j газовой среды в емкости 8, измеряемой датчиком 9;
по командам Q₆ и Q₇ выполняются следующие операции:
умножители 46 и 47 вычисляют соответственно произведения
блок 52 делит число [ΔV_jP_1j] на величину температуры Т_j, после чего умножитель 48 определяет первую составляющую секундного расхода газа , идущую на восполнение освобождаемого объема емкости 8:

сумматор 53 и умножитель 49 вычисляют 2-ую составляющую расхода газа, затрачиваемую на компенсацию возникшего сигнала рассогласования:

элемент 54 устанавливает суммарный секундный расход G_гj, c которым газ должен подаваться в емкость 8 в данный момент времени:

блок 41 по расходной характеристике регулятора 2, записанной в его памяти, определяет угол α_расч,, на который необходимо повернуть дроссель 5 для задания вычисленного расхода газа G_гj;
в регистр 43 записывается значение давления P_2j, которое в следующем измерительном цикле будет иметь индекс (j-1);
расчетное значение угла α_расч передается в вычитатель 65, который определяет его приращение по отношению к фактическому углу настройки дросселя 5
Δα_i=α_расч-α_i, (17)
а элемент 64 сравнивает его с установленной зоной нечувствительности Δα_зн;
если Δα_i>Δα_зн, то на выходе этого элемента формируется электрический сигнал, соответствующий логической 1, который подготавливает к работе элементы И 66, 67;
блок 63 сравнения устанавливает знак управляющего воздействия: если α_расч по абсолютной величине больше того значения, на который дроссель настроен в данный момент времени (Δα_i>0), то открывается элемент И 66, формируя управляющую команду со знаком "+" (KOD 2), и дроссель начинает перестраиваться в сторону увеличения расхода газа;
если Δα_i<0, то открывается элемент И 67 и формируется команда (KOD 3) на перестройку дросселя 5 в сторону уменьшения секундного расхода газа.

После того как дроссель повернется на угол, равный расчетному (Δα_i≅ Δα_зн), блок 64 закроет элементы И 66, 67 и управляющие команды будут сняты. Расход газа в емкость изменится на величину ΔG_гj.
Таким образом, в конце каждого измерительного цикла определяется новое положение дросселя 5, зависящее от фактического режима работы потребителей и учитывающее величину и полярность возникшего сигнала рассогласования. Затем начинается его поднастройка, окончание которой контролируется по текущим значениям угла α_i поворота дросселя 5, вычисляемым в каждом измерительном цикле Z раз. При этом практически исключено перерегулирование давления Р₂, поскольку в расчетное уравнение (6) введена дифференциальная составляющая расхода газа ΔP_д, действие которой носит импульсный характер и направлено на демпфирование динамических процессов в газовом тракте.

В начале технологического процесса, после того как режим работы потребителей стабилизируется, дроссель 5 автоматически повернется на некоторый угол α₁, в основном определяемый значением измеряемого секундного расхода ΔV_i жидкости. По мере опорожнения емкости 8 давление Р₂ на входе потребителей будет постепенно падать за счет уменьшения высоты столба жидкости. Это падение давления компенсируется пропорциональным увеличением давления Р₁ газовой среды в емкости 8, для чего дроссель постепенно приоткрывается и секундный расход поступающего в нее газа увеличивается. Кроме того, при опорожнении емкости 8 увеличивается объем ее газовой среды и соответственно инерционность контура обратной связи. Данное обстоятельство учитывается перестройкой коэффициента K_p передачи давления и постоянных времени 1/τ_и, τ_д уравнения (6), осуществляемой блоком 40 по сигналам датчика уровня 10. В частности значение коэффициента K_p увеличивается пропорционально изменению объема газовой подушки. Постоянные времени τ_и и τ_д также увеличиваются, делая более существенным импульс расхода газа , идущий на компенсацию сигнала рассогласования ΔP₂.
При изменении количества включенных в работу потребителей, например, после открытия клапана 12-d, расход жидкости из емкости 8 увеличится, что будет зафиксировано ТПР 14. Блоки 45, 52 и 48 вычислят новое значение первой составляющей расхода газа , и дроссель перестроится на новый угол, ступенчато увеличив приток газа в емкость 8 соответственно изменению скорости ее опорожнения.

При необходимости давление жидкости на входе потребителей может быть изменено. Для этого программным способом переписывают значение уставки Р_зад на входе вычитателя 44. Схема вычитателя 25 воспринимает это как появление сигнала рассогласования соответствующей полярности и выполняет расчеты новых углов настройки дросселя 5 аналогично описанному выше, обеспечивая оптимальную длительность переходного процесса, связанного с перестройкой схемы на новый уровень регулируемого давления Р₂.

ЭПК 3-1 работает в пульсирующем режиме. Расход газа через него незначителен и не сказывается на качестве регулирования.

Регулирование давления по полной циклограмме прекращается одновременно с закрытием всех клапанов 12-1.12-d. При этом обесточивается обмотка ЭПК 3-2 и расход газа в емкость 8 также прекращается.

Для варианта реализации блока 25 на базе средств вычислительной техники на фиг. 6 приведена структурная схема алгоритма обработки информационных кодов, формируемых преобразователями 24, 28, 29, 34 и выделения управляющих воздействий (KOD-ов 1, 2, 3), соответственного в точном соответствии с вышерассмотренной функциональной схемой устройства. Этот алгоритм предусматривает вычисление текущих значений параметров P_1i, P_2i, α_i, определение по окончанию каждого измерительного цикла усредненных величин давлений P_1j, P_2j и сигнала рассогласования ΔP_2j вычисление секундного расхода газа, подаваемого в емкость 8, согласно уравнениям (4), (6), (16) и выполнение логических операций сравнения, аналогичных тем, которые реализуют блоки 62.64 с целью формирования управляющих кодов KOD 1,2,3, предназначенных для перестройки регулятора расхода 2.

Таким образом, данное устройство имеет более широкую область применения, т. к. позволяет регулировать давление жидкого продукта, подаваемого в потребители из емкости. При этом за счет следующих двух факторов обеспечена высокая точность поддержания заданного уровня давления и исключено перерегулирование контролируемого параметра при сохранении оптимальной длительности переходного процесса:
задания секундного расхода газа, идущего на наддув емкости, с учетом фактического режима работы потребителей;
коррекция значений коэффициента K_p передачи по давлению и постоянных времени интегрирования и дифференцирования, входящих в уравнение закона ПИД регулирования, осуществляемой по сигналам датчика уровня по мере опорожнения емкости и увеличения объема ее газовой среды.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования давления, содержащее газовую магистраль с установленным на ней регулятором расхода газа, первый датчик давления и датчик температуры, установленные в емкости жидкого продукта, входом сообщенной с выходом газовой магистрали регулятора расхода газа, второй датчик давления, блок управления, первый выход которого соединен с первым управляющим входом регулятора расхода газа, блок измерения температуры, преобразователи частота код и аналог код, формирователь выходных команд, группой выходов соединенный с группой управляющих входов регулятора расхода газа в газовой магистрали, информационный выход которого подключен к входу первого нормирующего преобразователя, клапаны, установленные на входах потребителей жидкого продукта, и вычислитель значений параметров и настройки регулятора расхода, первый и второй информационные входы которого соединены с выходами преобразователей частота код и аналог код соответственно, а третий информационный вход через блок измерения температуры подключен к выходу датчика температуры, вход запуска вычислителя значений параметров и настройки регулятора расхода соединен с вторым выходом блока управления, а его первый, второй и третий управляющие выходы подключены к соответствующим входам формирователя выходных команд, отличающееся тем, что в устройство введены датчик уровня, установленный в емкости жидкого продукта, выходы которого через преобразователь дискретных сигналов в код подключены к четвертому информационному входу вычислителя значений параметров и настройки регулятора расхода, второй и третий нормирующие преобразователи, коммутатор, блок электропневмоклапанов и турбинный преобразователь расхода в выходной магистрали емкости жидкого продукта, соединенной с клапанами, на входе которых установлен второй датчик давления, причем выход турбинного преобразователя расхода соединен с информационным входом преобразователя частота код, первый информационный вход коммутатора соединен с выходом первого нормирующего преобразователя, второй и третий информационные входы коммутатора через второй и третий нормирующие преобразователи подключены к выходам соответствующих датчиков давления, выход коммутатора соединен с информационным входом преобразователя аналог код, а его адресные входы с адресными выходами вычислителя значений параметров и настройки регулятора расхода, первый, второй и третий синхронизирующие выходы которого подключены соответственно к синхронизирующим входам преобразователя частота код, блока измерения температуры и входу считывания информации преобразователя аналог код, а управляющий вход этого вычислителя соединен с третьим выходом блока управления, группа выходов которого через блок электропневмоклапана подключена к управляющим входам соответствующих клапанов на входах потребителей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вычислитель значений параметров и настройки регулятора расхода содержит блок вычисления текущих значений параметров, блок усреднения величин давления, блок элементов памяти, преобразователь кодовых сигналов в объемные расходы жидкости, преобразователь кодовых сигналов в постоянные времени уравнения ПИД-регулирования, преобразователь кодовых сигналов в углы поворота дросселя, два регистра, два вычитателя, пять блоков умножения, блоки интегрирования и дифференцирования, блок деления, два сумматора, три счетчика импульсов, два дешифратора адреса, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и ключ, три блока сравнения и два элемента И, выходы которых являются соответственно вторым и третьим управляющими входами вычислителя, а его первый управляющий выход соединен с выходом первого блока сравнения, при этом первый информационный вход вычислителя через преобразователь кодовых сигналов в объемные расходы жидкости соединен с первым информационным входом первого блока умножения, второй информационный вход которого подключен к первому выходу блока усреднения величин давления, второй информационный вход вычислителя соединен с одноименным входом блока вычисления текущих значений параметров, выход которого подключен к информационному входу блока усреднения величин давления через первый регистр к первым входам второго вычитателя и второго блока сравнения, третий информационный вход вычислителя через последовательно соединенные блок элементов памяти и преобразователь кодовых сигналов в постоянные времени уравнения ПИД-регулирования подключен к первым информационным входам второго, третьего и пятого блоков умножения соответственно, а четвертый информационный вход вычислителя является первым информационным входом блока деления, второй информационный вход которого соединен с выходом первого блока умножения, а его выход через четвертый блок умножения подключен к первому входу второго сумматора, второй выход блока усреднения величин давления соединен с первым входом первого вычитателя, с первым информационным входом блока дифференцирования и через второй регистр - с вторым информационным входом этого блока, выход первого вычитателя соединен с первым входом первого блока сравнения, с вторым входом первого сумматора и через блок интегрирования с вторым информационным входом второго блока умножения, выходом подключенного к первому входу первого сумматора, выход блока дифференцирования соединен с вторым информационным входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему входу первого сумматора, выход которого соединен с вторым информационным входом пятого блока умножения, в свою очередь, соединенного выходом с вторым входом второго сумматора, выход второго сумматора через преобразователь дискретных сигналов в углы поворота дросселя подключен к вторым входам второго вычитателя и второго блока сравнения, вторые информационные входы первого вычитателя и четвертого блока умножения являются соответственно уставками заданного значения давления и постоянного коэффициента, обратного величине газовой постоянной, выход первого счетчика импульсов соединен с адресным выходом вычислителя и адресным входом блока вычисления текущих значений параметров и первого дешифратора адреса, выходами подключенного к входу разрешения записи первого регистра и первым двум управляющим входам блока усреднения величин давления, выход ключа соединен с входом младшего адресного разряда второго дешифратора адреса и счетным входом третьего счетчика импульсов, выходы которого подключены к вторым адресным входам этого дешифратора, вход запуска вычислителя соединен с управляющим входом ключа, а его управляющий вход с третьим адресным входом второго дешифратора адреса и с первыми входами элементов И, вторые входы которых подключены к первому и второму выходам второго блока сравнения соответственно, а их третьи входы объединены и соединены с выходом третьего блока сравнения, первым информационным входом подключенного к выходу второго вычитателя, выход второго счетчика импульсов соединен с четвертым адресным входом второго дешифратора адреса, вторые входы первого и третьего блоков сравнения соединены соответственно с нулевой установкой и уставкой зоны нечувствительности, первый выход второго дешифратора адреса подключен к счетному входу первого счетчика импульсов и третьему синхронизирующему выходу вычислителя, второй и третий выходы этого дешифратора соединены соответственно с управляющим входом блока вычисления текущих значений параметров и с входом младшего адресного разряда первого дешифратора адреса, его четвертый выход с третьим управляющим входом блока усреднения величин давления и входом установки в ноль второго счетчика импульсов, пятый выход с управляющими входами блока интегрирования, блока дифференцирования, первого блока умножения, с синхронизирующим входом блока элементов памяти и с первым и вторым синхронизирующими выходами вычислителя, шестой и седьмой выходы второго дешифратора адреса подключены соответственно к управляющим входам второго и третьего блоков умножения, блока деления, четвертого и пятого блоков умножения и к входу разрешения записи второго регистра, а восьмой выход этого дешифратора соединен со счетным выходом второго счетчика импульсов и входами установки в ноль первого и третьего счетчиков импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7