Способ корректировки пропускной характеристики регулирующего клапана

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в автоматических системах регулирования в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности для регулирования дросселирующих органов. Техническим результатом является корректировка реальной расходной характеристики регулирующего органа клапана до необходимой без изменения его конструкции. Способ корректировки пропускной характеристики регулирующего органа заключается в том, что корректировку пропускной характеристики регулирующего органа, осуществляют путем коррекции управляющего сигнала в цепи передачи управляющего сигнала от блока регулятора, реализующего закон регулирования, к регулирующему органу. Степень воздействия на управляющий сигнал зависит как от необходимой и реальной пропускных характеристик регулирующего органа, так и от его положения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области автоматических систем регулирования в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности, более конкретно к автоматическим системам регулирования (АСР), в состав которых входят дросселирующие регулирующие органы.

Известны клапаны регулирующие (ГОСТ 23866-87), выпускаемые рядом отечественных производителей, например ПНФ «ЛГ автоматика», а также промышленной группой «МЕТРАН», www.metran/ru, («Расходомеры. Счетчики. Клапаны» тематический каталог № 3 выпуск 2, стр.231). Известные клапаны имеют конструктивно фиксированные пропускные характеристики в основном двух видов - равнопроцентные или линейные, в отдельных случаях изготавливаются клапаны со специальными характеристиками. Клапаны с равнопроцентными или линейными пропускными характеристиками позволяют наиболее оптимально стабилизировать регулируемый параметр технологического процесса только при одном виде возмущения. Способ достижения необходимой расходной характеристики в известных клапанах заключается в придании определенного профиля запора клапана или окна у клеточного клапана.

Однако возмущающие воздействия на параметры технологического процесса имеют комбинированный характер - одновременно действуют возмущения как внутренние по регулирующему каналу, так и внешние «по нагрузке». Конструктивно же коррекция расходной характеристики без переделки клапана невозможна. Поэтому применяется тот клапан с одной из двух возможных пропускных характеристик, который наиболее полно соответствует характеру доминирующего возмущения. При необходимости дополнительно принимают меры к устранению побочных возмущений или их снижению.

Несмотря на большой ассортимент выпускаемых регулирующих клапанов для нужд химических, нефтехимических, металлургических и других производств, в ряде технологических процессов, например по разделению изотопов урана, они не могут быть применены из-за агрессивности среды и глубокого вакуума.

Известен также способ получения пропускных характеристик дросселирующих регулирующих органов, таких как шиберы, с помощью вставок в канале и вырезов в полотне шибера (Клюев А.С. Автоматическое регулирование. - М.: Высш. шк., 1986, стр.251).

Все известные способы обеспечения определенной пропускной характеристики дросселирующего регулирующего органа заключаются в конструктивном изменении профиля запирающего устройства.

Правильно выбранный регулирующий клапан не гарантирует устойчивой или оптимальной работы автоматической системы регулирования при значительных изменениях параметров объекта регулирования, так как меняется коэффициент передачи объекта (Варламов И.Г. «В каких случаях "ослабление" регулятора оправдано?». Промышленные АСУ и контроллеры. 2005 г., № 9). При необходимости получения пропускной характеристики клапана, отличающейся от одной из двух стандартных, необходимо индивидуально изготовить запирающее устройство клапана, что, учитывая многообразие объектов регулирования с их характеристиками, не может быть выполнено оперативно для каждого объекта. Кроме того, изготовление клапана с индивидуальной пропускной характеристикой технически сложнее и обходится дороже. Подобные операции выполнять на оборудовании действующей технологической установки невозможно.

Однако постоянство коэффициента передачи объекта «регулирующий орган - агрегат» k_об=k_p.o.k_агр во всем диапазоне его работы (нагрузок) основное условие, из которого исходят при выборе регулирующего органа. Когда неизвестен характер свойств объекта, предпочтительной расходной характеристикой является такая, которая обеспечивает постоянное значение коэффициента передачи регулирующего органа при наиболее характерных возмущениях объекта (Клюев А.С. Автоматическое регулирование. - М.: Высш. шк., 1986, стр.254). Если коэффициент передачи типового регулирующего органа k_р.о известен (выбирается из двух стандартных), то коэффициенты передачи агрегатов k_агр не только индивидуальны, но и меняются при изменении возмущающих воздействий на агрегат (объект), например нагрузки.

При непрерывном регулировании необходимо, чтобы пропускная характеристика регулирующего органа была строго определенной. В данной ситуации или перестраивают регулятор, или изготавливают регулирующий орган с нестандартной характеристикой.

Заявляемое изобретение направлено на реализацию корректировки пропускной характеристики имеющегося дросселирующего органа в процессе эксплуатации без его конструктивной переделки вне зависимости от его исходной пропускной характеристики для сохранения коэффициента передачи объекта «регулирующий орган - агрегат» k_об=k_p.o.k_агр в широком диапазоне его работы (нагрузок).

В тех случаях, когда отсутствуют регулирующие клапаны с соответствующей характеристикой, в частности у клапанов с большим D_у, корректировка пропускной характеристики может быть выполнена в цепи передачи управляющего сигнала, поступающего на исполнительный механизм регулирующего органа.

Способ заключается не в конструктивном изменении дросселирующей пары (седло - запор), а в корректировке управляющего сигнала, выработанного блоком регулятора, в зависимости от конкретного положения регулирующего органа и необходимого коэффициента передачи клапана в конкретном положении его запора (от степени открытия). В результате характеристика регулирующего органа более оптимально соответствует коэффициенту передачи агрегата, что обеспечивает расширение устойчивой работы АСР без замены регулирующего органа (клапана).

Управляющее воздействие от блока регулятора, реализующего закон регулирования, корректируется также в зависимости от реальной и необходимой пропускной характеристики дросселирующей пары (седло-запор). Корректировка (исправление) пропускной характеристики может быть выполнена в любом из звеньев, составляющих цепь по передаче управляющего воздействия от блока регулятора, реализующего ПИД-закон регулирования, до дросселирующей пары (седло-запор) клапана.

Корректировку пропускной характеристики можно выполнить в кинематической схеме привода клапана, в позиционере или в отдельном блоке регулятора, предварительно оснастив клапан датчиком положения регулирующего органа.

Корректировка пропускной характеристики клапана в кинематической схеме привода принципиально возможна, но реализация ее технически затруднена. Прием этот трудоемок и не позволяет оперативно выполнить корректировку.

Существенно быстрее корректировка пропускной характеристики клапана осуществляется в цепи передачи электрического управляющего сигнала в цифровом или другом виде.

Скорректированные расходные характеристики могут быть не только линейные и равнопроцентные, но и отличаться от них.

Предлагаемый способ поясняется схемой, на которой показана функциональная связь между клапаном регулирующим и блоком, реализующим корректировку (исправления) пропускной характеристики регулирующего органа клапана.

На схеме показаны блок ПИД-закона регулирования 1, блок корректировки 2 пропускной характеристики клапана, регулирующий клапан 3, исполнительный механизм 4 регулирующего органа, регулирующий орган 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Управляющий сигнал У_упр, выработанный в блоке 1 в соответствии с сигналом рассогласования и настройками блока, поступает в блок 2 корректировки пропускной характеристики клапана. В блок 2 поступает постоянно информация о текущем положении регулирующего органа 5 клапана 3. В блоке 2 предварительно вводится уравнение f(s) зависимости корректирующих коэффициентов от положения клапана. Функция f(s) определяется исходя из реальной переходной характеристики клапана и необходимой характеристики. Скорректированный управляющий сигнал поступает на исполнительный механизм 4 клапана 3. Способ корректировки легко реализуется при применении цифровой техники.

Ниже дополнительно поясняется способ корректировки пропускной характеристики клапана.

В блоке 2 реализуется непосредственно коррекция управляющего сигнала по уравнению У_упр=У_рег×f(s),

где У_упр - управляющий сигнал, поступающий на исполнительный механизм регулирующего органа;

У_рег - управляющий сигнал, выработанный законом регулирования регулятора;

f(s) - корректирующая функция, аргументом которой является положение регулирующего органа (s).

Например, имеется клапан с пропускной характеристикой вида К_ν1=a×s^0,5, a необходимо получить пропускную характеристику вида K_ν2=b×s, где a и b постоянные коэффициенты.

Если в первом случае коэффициент передачи клапана (dK_ν1=0,5×a/s^0,5ds) изменяется с изменением положения запора клапана, то во втором случае коэффициент передачи клапана (dK_ν2=bds) остается постоянным. Для того чтобы сохранялась пропорциональность воздействия на объект регулирования и сигналом, выработанным ПИД-законом, необходимо скорректировать последний. Отношение dK_ν2/dK_ν1 =f(s) характеризует необходимую степень воздействия на управляющий сигнал, выработанный блоком ПИД-регулятора, чтобы реализовать линейную зависимость между изменением управляющего сигнала ПИД-регулятора и изменением расхода клапана.

Способ корректировки пропускной характеристики регулирующего органа, заключающийся в том, что корректировка пропускной характеристики регулирующего органа осуществляется путем коррекции управляющего сигнала в цепи передачи управляющего сигнала от блока регулятора, реализующего закон регулирования, к регулирующему органу, причем степень воздействия на управляющий сигнал зависит как от необходимой и реальной пропускных характеристик регулирующего органа, так и от его положения.