Патент ссср 264500

 

О П И С А Н И Е 264500

ИЗОБРЕТЕНИЯ к лвто скомм свидитИЛьСтвь

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства Лов

Кл. 21с, 45/10

Заявлено 27Х111.1968 (Ме 1267453/18-24) с присоединением заявки Ло

Приоритет

Опубликовано ОЗ.Ш.1970. Бюллетень Л 9

Дата опубликования описания 16Х1.1970

МПК G 05f

УДК 621,3.078(088.8) Комитет по делам изобретений и открмтий при Совете Министров

СССР

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВОЧНЫМИ АГРЕГАТАМИ (НАСОСАМИ) Предлагаемое устройство относится к области вычислительной техники и систем автоматического управления и может быть применено для автоматизации различных процессов смешения с применением дозировочных насосов и агрегатов в производствах химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической, микробиологической, энергетической и других отраслях промышленности, где треоуется точное дозирование и приготовление смесей.

Известно устройство, позволяющее повысить качество приготавливаемой дозировочным агрегатом (насосом) смеси благодаря позышению динамической точности системы. Оно содержит цифровой задатчик частоты, цифровой нуль-орган, управляемый реверсивный счетчик, управляемый вычитающий счетчик, управляемый умножитель частоты, логический блок выбора команд управления и блок управления исполнительным механизмом. Благодаря связям между блоками устройства, получающего информацию от частотно-импульсного датчика числа оборотов и воздействующего на исполнительный механизм, изменяющий производительность дозировочного агрегата, устройство позволяет с оптимальным быстродействием компенсировать интегральную величину динамической ошибки, накапливающуюся во время переходного процесса, и поддерживать производительность в зоне нечувствительности (реакции) по заданной величине интегрального значения динамической ошибки (ИЗДО) .

5 Однако при параллельной работе нескольких агрегатов (насосов), сопряженных по нагрузке (общей производительности), применение известного устройства не всегда дает оптимальные результаты. Как правило, в парал10 лельной работе участвуют агрегаты разной мощности, обладающие разными динамическими свойствами, поэтому за время переходного процесса в каждом из каналов управления будут накапливаться динамические ошиб15 ки разной величины, что может привести к нарушению смеси и ухудшению качества конечного продукта из-за больших отличий в разных каналах управления.

Предлагаемое устройство позволяет синхро20 низировать работу разных по мощности агрегатов и за счет оптимального выбора величин отработок для каждого канала минимизировать общее время переходного процесса, в результате чего повысится качество приготавли25 ваемого продукта.

Система, использующая предлагаемое устройство, позволяет с оптимальным быстродействием компенсировать рассогласования между ИЗДО по каждому каналу управления за

30 время переходного процесса с помощью при264500

55 бО

65 нудительного перерегулирования каждого управляемого параметра на величину отработки, зависящую от разности ме кду найденным оптимальным интегральным значением динамической ошибки (ОИЗДО) и ИЗДО соответствующего канала. Это достигается тем, что в предложенном устройстве дополнительно применены общие для системы блок выбора режима и блок коэффициента, а также синхронизирующее устройство в каждом канале управления, содержащее управляемый ревер. сивный счетчик и арифметическое устройсгво.

Кроме того, логический блок выоора команд управления в отличие от известного дополнительно выполняет несколько новых логических операций.

Благодаря новым связям между применяемыми блоками и известными блоками устройство позволяет решить задачи компенсации рассогласовании между ИЗДО в каждом канале управления, минимизации времени компенсации рассогласований между ИЗДО разных каналов; поддержания регулирующих параметров в каждом канале управления в зоне нечувствительности (реакции) по заданной величине ИЗДО. Это обеспечивает повышение точности поддержания заданного соотношения между дозируемыми разными агрегатами продуктами в переходных режимах, что улучшает качество приготавливаемой смеси.

Устройство позволяет работать в одном из трех режимов.

Сущность работы устройства рассмотрим в основном режиме работы, в котором участвуют все блоки устройства.

В чувствительных органах каждого канала управления непрерывно сравниваются сигналы общего для системы задания и текущих параметров с интегрированием возникающих рассогласований. При изменении задания в системе все исполнительные механизмы (ИМ вЂ” серводвигатели постоянной скорости) начинают перемещаться в сторону уменьшения возникающих рассогласований. В момент компенсации рассогласования ИМ соответствующего канала останавливается, и одновременно фиксируется величина ИЗДО, накопившаяся за время работы ИМ. После остановки ИМ агрегата с наиболее медленно изменяющимся текущим параметром максимальная величина

ИЗДО умножается на заданный коэффициент.

Полученная величина, являющаяся оптимальным интегральным значением динамической ошибки (ОИЗДО), сравнивается затем со значениями ИЗДО каждого канала, и величина рассогласования определяет величину отработки для каждого канала, а знак ее — наи р а вл ение отр а ботк и.

Для отработки величины рассогласования применяется релейный закон управления с переключением ИМ на реверс в момент списания половины величины отработки.

В момент равенства рассогласований нулю определяются нескомпенсированные величины отработок и дальнейшие движения определя5

45 ются знаками этих величин в каждом канале управления. При достижении величиной отработки зоны реакции ИМ соответствующего канала останавливается.

На чертеже изображена блок-схема описываемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит: цифрь вой задатчик частоты (ЦЗЧ), общий для системы; устройство минимизации (УМ,) в каждом канале управления, содержащее цифровой нуль-орган (ЦЯ-О), управляемый реверсивный счетчик (УРС,), управляемый вычитаю щий счетчик (УВС), управляемый умножител частоты (УУЧ), логический блок выбора команд управления (ЛБВКУ) и блок управления исполнительным механизмом (БУО Ч); блок выбора режима (БВР) и блок коэффициента (БК), а также устройство синхронизации (УС,.) в каждом канале управления, содержащее управляемый реверсивный счетчик (УРС,) и арифметическое устройство (АУ).

Кроме того, ЛБВКУ выполняет несколько новых логических операций.

Рассмотрим функциональные свойства блоков устройства и связи между ними.

Основными элементами системы, выполняющими функции точного измерительного и исполнительного органа, являются плунжерные многокомпонентные дозировочные агрегаты (ДА — ДА„) с регулируемой производительностью и настраиваемым соотношением между дозируемыми компонентами смеси, характеризуемые линейной зависимостью между числом оборотов привода и производительностью агрегата.

Система строится так, что ДА — ДА„являются объектами управления, регулируемыми параметрами которых являются числа оборотов агрегатов, а регулирующими органами— механизмы, изменяющие число оборотов каждого агрегата. В качестве датчика текущего параметра используется датчик числа оборотов (ДЧО) с частотно-импульсным выходным сигналом. В качестве исполчительного механизма используется серводвигатель постоянной скорости (асинхронный или шаговый двигатель) с необходимой редукцией для согласования выхода ИМ со входом PO.

ЦЗЧ обеспечивает простоту набора заданной частоты в десятичном коде, равномерность распределения выходных импульсов во временном промежутке, подавля т кратковременные выбросы выходной частоты при переключениях задания, обеспечивает плавное изменение выходной частоты в широком диапазоне (Π— 1500 гц) с малым шагом дискретности (1 гц).

Выход ЦЗЧ подключен к блоку выбора режима (БВР), в котором определяется знак изменения задания signAf, а также к цифровым нуль-органам (ЦН-О) в каждом канале управления. К другому входу ЦН.-О подключен выход от датчика числа оборотов соответствующего агрегата.

264500

ЦН-О выполняет следующие функции: непрерывно производит сравнение частот задания и текущего параметра с непрерывной выдачей знака и величины рассогласования в виде разностной частоты сравниваемых сигналов, с высокой точностью определяет моменг совпадения сравниваемых сигналов, обеспечивает простую настройку зоны реакции системы по заданной величине ИЗДО с выдачей сигнала знака превышенной зоны реакции системы.

Выходы ЦН-О, на которых появляется величина разностной частоты (рассогласование) с учетом знака (+ Af; — Л/), подключены к счетному входу управляемого реверсивного счетчика УРС2 в устройстве минимизации. Выход ЦН-О, на котором появляется абсолютная величина рассогласования Af, подключен к управляемому умножителю частоты (УУЧ).

Выход ЦН-О, на котором появляется сигнал компенсации рассогласования Af=0, подключен к управляемому входу ЛБВКУ. Выход

ЦН-О, на котором появляется сигнал знака превышения заданной зоны реакции системы по ИЗДО (sign ЛУ), подключен ко входу

ЛБВКУ.

Кроме того, выходы ЦН-О, на которых появляется величина рассогласования с учетом знака +.hf, подключены к счетным входам управляемого реверсивного счетчика УРС, устройства синхронизации; выход ЦН-О, на котором появляется сигнал знака величины рассогласования сравниваемых сигналов

sign hfI, подключен ко входу блока выбора режимов.

Последняя связь аналогично осуществляется и для других каналов управления и в БВР при одинаковых знаках на всех его входах:

sign hf! — — st gnh,,.=...=sign >3f„; на выходе

sign Л/л появляется сигнал режима работы изменения текущих параметров системы в одну сторону от общей причины.

Выход БВР— sign Л(л подкл!Очен ко входу

ЛБВКУ всех каналов управления.

К счетным блокам устройсгва минимизации относятся управляемый реверсивный счетчик (УРС ), управляемый вычитающий счетчик (УВС) и управляемый умножитель частоты (УУЧ). Выходы УРС,, на которых появляется сигнал знака числа в УРС,— з!д г Курс„подключены к управляющим шинам УВС.

Выходы УРС, на котором появляется сигнал изменения знака числа в УРС вЂ” inv г!птурс„ подключен ко входу ЛБВКУ. Выходы УРС, на которых появляется код числа в УРС2— г!!урс„подключены параллельными шинами ко входам УВС.

Выход УУЧ, на котором появляется величина удвоенного абсолютного значения рассогласования 2 Я, подключен к счетному входу УВС.

Выход УВС, на котором появляегся сигнал изменения знака величины в УВС вЂ” inII Л увс, подключен ко входу УУЧ.

Новой связью, отличающейся от известных, является подключение выходов АУ, на которых появляется код числа в АУ вЂ” Х.!у, параллельнымп шинами к входам УРС, а также подключение управляющих Входов УРС,. и

УУЧ к выходу Уурс,, блока ЛБВКУ.

Функционально счетные блоки выполняю следующие операции.

В УРС, определяется интегральное значение величины рассогласования за время между сигналами управления, а также спи саине величины Жду, поступившей из АУ, с выдачей сигнала списания этой величины и сигнала знака текущей величины в УРС,.

В УВС производится запись величины птурс, из УРС2 по сигналу Уурс, и списание ее величиной 2I Afl от УУЧ с выдачей сигнала списания числа из УВС.

В УУЧ производится умножение на две частоты, поступающей на его вход последовательности им пульсов. Управление работой УУЧ осуществляется сигналами Уурс,, î- 7БВКУ (открывает) и tnt!IV >ac от УВС (закрывает).

Логический блок Выбора команд управления ЛБВКУ осуществляет выбор канала управления исполнительным механизмом в зависимости от последовательности поступающих на его входы сигналов. В предлагаемом устройстве осуществляется несколько дополнительных логических операций, связанных с выбором режима работы.

Дополнительно Выходы БВР (sign Л1л и

sig1l Л з) подключены к входам ЛБВКУ, и два управляющих выхода ЛБВКУ (Уурс, и

Уурс„) подключены к управляющим входам

УРС,, УРС2 и УУЧ. Кроме того, ко входу

ЛБВКУ подключен выход АУ, на котором появляется сигнал знака числа в АУ вЂ” stgtt JI. ä .

Командные выходы ЛБВКУ подключены

K блок ! праВления испо.!нительным механизмом БУИЛ1, усиливающим сигналы с ЛБВКУ до уровня, необходимого для работы исполнительного, двигателя, В УРС, производится непрерывное интегрирование величины рассогласования 5f, поступающего с ЦН-О.

Управление открыванием или закрыванием счетного Входа, сбросом и перезаписью числа на УРС, в АУ осуществляется сигналом Уурс, с ЛБВКУ.

Выходы УРС!, на которых появляется код числа в УРС,— Л урс,, подключен параллельными шинами ко входам АУ. Выходы блока коэффициента БК, на которых появляется код числ а в БК вЂ” к (Л урс,)„,„„, подключены параллельными шинами к другим входам АУ в каждом канале управления.

Вход БК подключен к выходу УРС! канала управления с максимальным значением

ИЗДΠ— (птурс,)„,,„, который, как правило, заранее известен и соответствует каналу с самым медленным изменением текущего параметра.

Выход АУ, па котором появляется сигнал знака числа в АУ вЂ” з!дпУ4у подключен ко

264500 входу ЛБВКУ. Выходы АУ, на которых появляется код числа в АУ, соответствующий величине отработки У.4у, подключены параллельными шинами к входам УРС .

Для рассматриваемых систем характерны три режима.

1. f3= v ar; f > — f „= const (при установившихся значениях текущих параметров задание на систему изменяется скачком);

II. fr=const; f> — !„= var; sign Af> ——

=sign Af ... — signAfÄ (npn постоянном задании под воздействием общего для системы возмущения текущие параметры начинают изменяться в одну сторону);

III. fr=const; f, =var; sign Af, + sign Af (при постоянном задании текущие параметры в разных каналах изменяются в разных направлениях).

Рассмотрим режим работы, когда fr=var;

f> — f, =const.

При изменении задания от fs до f, с помощью ЦЗЧ и БВР определяется знак приращения задания, и по каналу sign Afz сигнал поступает на ЛБВКУ каждого канала. По этому сигналу все ИМ системы начинают перемещаться с максимально возможной постоянной скоростью в сторону уменьшения возникших рассогласований. В силу различных динамических свойств каждого агрегата текущие параметры f> — )л будут изменяться с различными скоростями, характеризуемыми углами наклона а1 — ал. В момент компенсации рассогласования й(, =0 по сигналу от ЦН=О

ИМ соответствующего канала останавливается. За время переходного процесса, характеризуемого отрезком, отсекаемым прямой текущего параметра на временной оси от нового задания /з, в УРС, каждого канала накапливаются разные по величине ИЗДО, приводящие к нарушению соотношения между дозируемыми продуктами.

Величины ИЗДО каждого канала ра вны площадям треугольников, образованных прямыми текущих параметров с осями f u t. Так, ИЗДО для параметра (1 будет равно 5,уу для з п Раме Р 1л л f . Как видно, наибольшую ИЗДО будет иметь канал с наименьшей скоростью изменения текущего параметра f„.

Как указывалось выше, целью устройства является минимизация времени компенсации рассогласования между ИЗДО различных каналов. Для этого в устройсгве определяется такое оптимальное интегральное значение динамической ошибки (ОИЗДО), общее для системы, которое позволило 1бы закончить процесс отработки рассогласования между

ОИЗДО и ИЗДО каждого канала за минимально-возможное для системы время.

Величина ОИЗДО зависит только от величины максимальной ИЗДО системы

5Π— 0,828 (Мурс,)тах

Как уже отмечалось, после достижения текущим параметром нового значения задания

ИМ соответствующего канала останавливает= ся. В точке f останавливается ИМ и-ro канала управления с минимальной скоростью изменения параметра. В этот момент,Я„=О величина (Мурс,)m,„, íà УРС1 и-го канала переписывается в БК системы, где умножается на коэффициент К=- 0,828. На выходе БК появляется величина ОИЗДО, равная S = — 0,828

Уурс,),„. Эта величина переписывается в АУ всех каналов, где уже имеется величина

ИЗДО соответствующего канала. Эта величина накапливается в УРС, и по сигналу Af=0, поступившего на ЛБВКУ, на выходе последнего появляется сигнал Уурс„запирающий сначала счетный вход в УРСь переписывающий код числа йурс, в АУ и сбрасывающий затем число в УРС,. После поступления в АУ величины К (Мурс)m:, а нем определяется знак и величина рассогласования между

ОИЗДО и ИЗДО соответствующего канала, т. е.:

50 = К Яурс,)тих — фурс ) и si gn N< > = — Sign ЯУРС )тхх Sign ЯУРС )i °

В зависимости от знака найденной величины отработки по сигналу sign Nqy в ЛБВКУ выбирается канал, запускающий ИМ соответствующего канала в сторону компенсации, найденной отработки.

Так как списание величины в УВС происходит с удвоенной частотой против списания величины в УРС, то величина отработки М4у спишется из УВС в два раза быстрее и в момент списания числа из УВС в УРС> будет половина величины отработки Л 4у, По сигналу inv Уувс, поступившему с выхода УВС после списания из него записанного числа, в ЛБВКУ выбирается канал, реверсирующий движение ИМ. Этим же сигналом закрывается УУЧ, а затем производится сброс числа в УВС.

Дальнейшее движение ИМ определяется по величине и знаку нескомпенсированной величины отработки в моменты Af=0 в каждом канале. После того как нескомпенсированная величина отработки, непрерывно определяемая в УРС, станет меньше, чем заданная зона реакции ANn т. е. когда между двумя сигналами Л(=0 не появляется сигнал превышения зоны реакции по каналу sign ЛМ,, то по второму сигналу Af = 0 в ЛБВКУ отключаются оба командных канала, и ИМ останавливается. Аналогично происходит процесс отработки для остальных каналов. Знаки отработок для всех каналов, кроме п-го, положительны, а для и-ro канала знак отработки — отрицательный, поэтому и-й параметр изменяется в обратную сторону по сравнению с остальными параметрами. Время отработки и-ro канала максимальное; для всех же других каналов время отработки меньше.

Рассмотрим режим работы при f;=const;

f1 — f„=var; з1дп Я) — siоп Af =:...= sign Af„ что соответствует II режиму.

264500

5

9

Этот режим может возникнуть от общего возмущения, накладываемого на систему (изменение давления в общем смесительном трубопроводе или реакторе, изменечие частоты или напряжения в электрической сети питания электроприводов и т. д.) ..

Выбор режима устройства производят по сигналам sign Af„— sign Л,, поступающим из

ЦН-О всех каналов на БВР. Если знаки изменения рассогласований во всех каналах одинаковы, то на выходе sign Af„hBP появляется сигнал, поступающий на ЛБВКУ всех каналов.

Алгоритм работы для этого режима выбирается из следующих соображений. После достижения величины ИЗДО в каждом канале зоны реакции во всех каналах будет накоплено одинаковое ИЗДО, поэтому нарушения соотношения между компонентами смеси не будет. Следовательно, если после достижения

ИЗДО в каждом канале зоны реакции, включать соответствующий ИМ в сторону ее компенсации, а затем останавливать его в момент компенсации рассогласования, то ошибки между ИЗДО будут оцениваться разностью площадей треугольников, образовавших прямой текущего параметра после запуска ИМ с осями f и 1. Эти площади мало отличаются друг от друга, и разность между ними будет меньше зоны реакции системы.

Рассмотрим режим работы устройства при

f — — const; f, =var; sign Af, +sign Af„, Этот режим работы возникает, когда возмущения на отдельные объекты накладываются от разных причин (например, изменение давления продукта до смешения в трубопроводе одного агрегата, изменение напряжения сети другого агрегата и т. д.), приводящих к изменениям одного текущего параметра или нескольких параметров в разных направлениях.

В этом режиме в каждом канале накопленная за время переходного процесса ИЗДО компенсируется также без синхронизации.

Во всех режимах до поступления сигнала выбора определенного режима работы УРС., всегда открыт, а УРС,, работающий в противофазе, закрыт, После превышения в каком-либо канале зоны реакции, если до этого на ЛБВКУ не поступили сигналы с БВР, с ЦН-О на ЛБВКУ поступает сигнал по каналу sign AN .

По этому сигналу на выходе — И появляется потенциал, запускающий ИМ в сторону компенсации возникшего рассогласования. В момент компенсации рассогласования Af =0 с ЦН-О поступает сигнал на ЛБВКУ, на выходе Уурс, которого появляется сигнал, по которому на УРС в УВС переписывается код числа У рс., а затем открывается УУЧ, и на счетный вход УВС начинает поступать удво20

Зо

60 енная частота импульсов текущего рассогласования. После списания числа в УВС, что соответствует списанию половины величины

ИЗДО по каналу inv Туве на ЛБВКУ поступает сигнал, по которому на выходе + U появляется потенциал, а на выходе — U пропадает, что реверсирует ИМ.

Затем работа устройства происходит аналогично. В моменты Л =О опрашивается величина нескомпенсированной ИЗДО в УРС, и после списания половины этой величины производится реверс ИМ. Если между двумя сигналами Л =О не появляется сигнал sign ЛУ превышения зоны реакции, то по второму сигналу Af=0 ИМ останавливается. Переходной процесс на этом заканчивается.

Предмет изобретения

Устройство управления дозировочными агрегатами (насосами), сопряженными по нагрузке, содержащее общий для системы цифровой задатчик частоты и минимизирующее устройство для каждого канала управления, выполненное на пифровом нуль-органе, реверсивном счетчике, умножителе частоты, вычитающем счетчике, логическом блоке выбора команд управления и блоке управления исполнительным механизмом, отличающееся тем, что, с целью повышения качества приготовляемой смеси, в него введены общие для системы блок коэффициента и блок выбора режима, а также синхронизирующее устройство в каждом канале управления, состоящее из управляемого реверсивного счетчика и арифметического устройства, причем выход устройства управления агрегатом с максимальной величиной интегрального значения динамической ошибки подключен через блок коэффициента к входу арифметического устройства в каждом из каналов управления, другой вход которого подключен к выходу управляемого реверсивного счетчика синхронизирующего устройства, счетные входы которого соединены с выходом цифрового нуль-органа; выход арифметического устройства параллельными шинами подключен ко входу реверсивного счетчика устройства минимизации, а другой выход арифметического устройства — «o входу логического блока выбора команд управления, к другим входам которого подсоединены выходы блока выбора режима, связанного входами с выходами цифрового нуль-органа, в каждом из устройств минимизации и с цифровым задатчиком частоты; выход логического блока выбора команд управления подключен ко входам управляемого реверсивного счетчика устройства синхронизации, а другой выход — ко входам реверсивного счетчика и умножптеля частоты устройства минимизации.

264500

Составитель Л. В. Скобелева

Редзктор С. Лазарева Техред Т. П. Курилко Корректор С. А. Кузозеикоза

Заказ 1518/6 Тираж 500 Подписное

Ц1Б1ИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография пр. Сапунова, 2