Система адаптивного управления параметром технологического процесса

 

Изобретение относится к автомати ческому управлению технологическими процессами, в частности к системам управления уровнем жидкости в технологических аппаратах, и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности . Цель изобретения - повышение качества управления. Система адаптивного управления параметром технологического процесса содержит блок 1 кода уставки, цифровой регулятор 2, цифроаналоговый преобразователь 3, блок 4 регулирования расхода жидкости через технологический аппарат, датчик 5 технологического параметра, таймер 6, первый аналогоцифровой преобразователь 7, первый блок 8 вычисления технологического параметра, первый регистр 9 памяти, задатчик 10 номинального коэффициента усиления, умножитель М, блок 12 ограничения, блок 13 деления, датчик 14 расхода жидкости через технологический аппарат, второй регистр 15 памяти , переключатель 16, второй анапого-цифровой преобразователь 17, втброй блок 18 вычисления технологического параметра, третий регистр 19 памяти. 3 ил. 1 а S С/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

119) (И) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4475356/24 (22) 18 ° 08. 88 (46) 15,01,91. Бкп. У 2 (72 ) В.И. Веретин, В, P. Тучинский, Т, C. Подольский, В. A. Воротынцев и А.А.Евтушенко (53) 62-50 (088. 8) (56) Патент США 11 - 4498036, кл, G 05 В )3/00, 1985. (54 ) СИСТЕ1А АДАПТИВНОГО УПI АВЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОИ ТЕХНОЛОГИЧГСКОГО ПРОЦЕССА (57) Изобретение относится к автомати ческому управлению технологическими процессами, в частности к системам управления уровнем жидкости в технологических аппаратах, и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промппленности. Цель изобретения — повышение качества управления. Система щ)5 С 05 В 13/00, 0 05 о 9/12

2 адаптивного управления параметром технологического процесса содержит блок 1 кода уставки, цифровой регулятор 2, цифроаналоговый преобразователь 3, блок 4 регулирования расхода жидкости через технологический апп ар ат, датчик 5 т ехноло гическо го параметра, таймер 6, первый аналогоцифровой преобразователь 7, первый блок 8 вычисления технологического параметра, первый рс гистр 9 памяти, эадатчик 10 номинального коэффициента усиления, умножитель I I блок 12 ограничения> блок 13 деления, датчик

14 расхода жидкости через технологический аппарат, второй регистр 15 памяти, пере ключ атель 16, второй ана.пого-цифровой преобразователь 17, втброй блок 18 вычисления технологиче ск ого пар а метр а, тр етий р е ги стр 19 памяти 3 ил, I

1620989

Изобретение относится к технике автоматического управления технологическими процессами, в частности к системам управления уровнем жидкос5 ти в те хноло гиче ских аппар ат ах, и может быть применено в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, Цель изобретения вЂ, повышение ка- !0 честв а управления, На фиг. 1 представлена функциональная схема системы адаптивного управления параметром технологического процесса; на фиг, 2 — функциональ- 15 ная схема блока формирования кода уставки и таймера; на фиг. 3 — функциональная. схема цифрового регулятора.

Система адаптивного управления параметром технологического процесса 20 содержит (фиг, 1) блок 1 кода уставки, цифровой регулятор 2, цифрааналоговьй преобразователь 3, блок

4 регулирования расхода жидкости.через технологический аппарат, датчик

5 технологического параметра, таймер б,первый аналого-цифровой преобразователь 7, первый блок 8 вычисления технологического параметра, первый регистр 9 памяти, задатчик 10 номинального коэффициента усиления, умножитель 11, блок 12 ограничения, блок

13 деления, датчик 14 расхода жидкости через т ехноло ги ческий ап пар ат, второй регистр 15 па Щтир переключатель 35

16 второй аналого-цифровой преоб-. разователь 17, второй блок 18 вычисления технологического параметра и третий регистр 19 памяти.

Блок 1 формирования кода уставки (фиг. 2) образуют задатчик 20, регистр 21 памяти, переключатели 22 и

23, . формирователь 24 и элемент И 25.

Таймер 6 содержит генератор 26 тактовых импульсов. двоичный счетчик 27, дешифратор 28 и переключатели 29-31.

Цифровой регулятор 2 включает (фиг. 3) измеритель 32 рассогласования, усилитель 33 с регулируемым коэффициентом усиления, регистр 34 памяти, 0 усилитель 35, сумматор 36, регистр 37 памяти, сумматор 38, регистр 39 памя" ти, усилитель 40, детектор 41 знака и задатчик 42, Система адаптивного управления параметром гехнологического. прбцесса работает циклично, длительность циклов

Т!! определяется таймером 6, В тайме-. ре 6 генератор 25 тактовых импульсов вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой о которые суммируются счетчиком 27 (предварительно счетчик обнулен), Ко- довое число на выходе счетчика увеличивается на единицу после поступления очередного импульса от генератора 25, а после заполнения счетчик 27 переключается в нулевое состояние с частотой f =7 >/К,„, дешифратор 28 осуществляет преобразование трехразрядного двоичного кода в позиционный код "1 из 8". По фронту импульсов, поступающих на вход дешифратора 28, на его выходах последовательно формируются импульсные сигналы, которые определяют отдельные такты каждого. цикла работы систе-! мы, В первом такте работы системы по фронту сигнала с первого. выхода таймера б происходит запуск аналого-цифровых преобразователей 7 и 7. На информационные входы аналого-циф.ровых преобразователей поступают аналоговые сигналы от датчиков 5 и 14, Аналогоцифровые преобразователи осуществляют линейное преобразование аналоговых сигналов датчиков в цифровой код И;

В конце каждого цикла преобразования аналого-цифровые преобразователи фармируют: на своих командных выходах импульс конца преобразования, кото- ., рый поступает на управляющий вход соответствующего блока 8 или 18. Каждый из этих блоков выполняет фильтрацию входных сигналов от помех и расчет измеренных значений уровня и расхода жидкости, По сигналам конца обработки, которые поступают на синхровходы регистров 9 и 19 памяти, выходные коды блоков 8 и 18 заносятся в соответствующие регистры памяти, где сохраняются в течение времени Т . С выхода регистра 9 цифровой код NOC соответствующий измеренному уровню в технологическом аппарате, поступает на информационные входл блока 1 и регулятора 2, а с выхода второго регистра 19 цифровой код NF соответствующий измеренному расходу жидкости, поступает на вход делителя блока

13 и информационный вход регистра 15, На вход делимого блока 13 подается код NFO, который хранится в регистре 19 и определяет расход жидкости в номинальном режиме работы технологического аппарата. На выходе блока

1620989

$NK=NFO/NF, С целью исключения деления на .ноль предусматривается ограничение на минимальном.значении кода NF с выхода второго блока связи (элементы !5, 7, 18). Умножитель 1! корректирует величину кода NKO номинального коэффициента усиления с выхода задатчика

10 путем умножения на полученную величину кода АNK, Сигнал с выхода умножителя 11 ограничив ает.ся по максимуму при помощи блока 12 чта обеспечивает необходимый запас устойчивости системы:

NК= . >>K, если lNtcLlcla> (

NKH, если ИК 1 >1 И К!1 где NK =NKO { ИК вЂ” кад адаптивного ко% эффициента усиления контура управления, формируемый на вы- . ходе умнажителя 1;

NKH — максимал ьное з на че ние коэффициента усиления.

Результируки{ий сигнап ИК с выхода блока 12 ограничения подается па управляющий вход регулятора 2. Переключатель 16 обеспечивает переключение работы контура с режима номинальной настройки на режим адаптации коэффициента усиления и наоборот. В режиме номинапьной настройки переключатель 16 включен и на его выходе формируется сигнал высокого уровня, который разрешает запись в регистр

19 величины кода NF с .выхода регистра 15. При-этом на обоих входах блока

13 деления коды равны, выходной код блока 13 деления равен единице и код с выхода задатчика 10 проходит на выход умножителя !1 без корректировки независимо от изменения величины расхода ИГ, Величина номинального коэффициента усиления IJKO устанавливается задатчиком 10 в соответствии с любой известной методикой. В режиме адаптации, когда переключатель 16 выключен, на выходных. шинах регистра

19 сохраняется ранее записанный код

NFO при этом блоки 13, 11 и 12 в соответствии с формулами (1) и (2) корректируют величину I>K, Т аким образом поддерживается соответствие между номинальным коэффициентом усиления и фактическим расходом жидкости, Т Т вЂ” постоянная време и». ю {

50 При aTDM a каждом q .>wze .. „изм>еритель 32 рассогласования (фпг, 3) . сравнивает величины кодов NOC и 3 и выдает код ИК, пропорциональный величине рассогласования. Полученный

55 код умножается на ве|шчину адаптивного каэффицгента IK в усилителе 33:

В третьем такте работы системз) имIpjJIhc e TpeTBe1 o BEIxopa таймера 6 раз решает запись в регистр 34 выходного

13 деления образуется код а показатели качества управления не ухудшаются. Во втором такте работы системы сигнал С2 с.второго выхода таймера 6 разрешает формирование блоку 1 кода задающего воздействия СЗ для регулятора 2. Первоначальное включение в работу регулятора 2 осуществляют с нулевой величиной рассогласования между заданным и измеренным значениями уровня жидкости (с целью безударного включения режима автоматического управления ), Это обеспечивается путем э ага си в регистр

21 (фиг. 2),кода регулируемого уровня жидкости в следукщем порядке, Под действием сигнапа, вызванного вкпюче— нием перекпючателя 23, на выходе формирователя 24 появляется одиночный

20 импульс, который проходит через элемент И 25 и поступает на управлл1>щпй вход регистра 21, При этом в регистр 21 заносится код NOC, который сахр»няется на его гыходной шиве до -ех

25 пор, пака в процессе дальнейшей работы оператор не включит г ереключатепь

22. Это вызывает появление на упрaëляющем входе регистра 21 ".íгп;.и;:, который разрешает запись кад;. Г3+

30 выхода э адатчпк а 20. {>дпавр ем» впо начинаетсяя рабата регулятора 2, который совместно с цифра анапа гов11м пр»()i1pдза вателем 3 формирует упранляю:>{и» воздействия на блок 4 в coom ветстюп с

35 линейным пропорционально->и т»; ральпым законом регулирова ия, передаточная функция для которого в>ыр;икается в сл.едующем виде где. X(H), U(>) — преобразование Лап— ласа от входного задающ»го и выходного управляюцего воздейcò45 ий соответственно;

S — оператор прсобрa=-авания Л {власа;

1620989

l кода усилителя 33 (в исходный момент времени регистры 34, 37 и 39 установ" лены в нулевое состояние). С выхода регистра 34 код поступает на вход усилителя 35, где умножается на величину периода T устанавливаемую задатчиком 42. Таким образом, на выходе усилит еля 35 формирует ся инте rp ап ьная составляющая закона регулирования

10 (4) 5 N J=-IK ° T с NH

С выхода регистра 34 код поступает также на первый вход сумматора 36„"5 на второй инверсный вход котор о го подает ся величина рассогласования NH определенная в предыдущем цикле регулирования и хранящаяся в регистре 37.

IIome умножения в усилителе 40 на ве- 20 личину Т<, устанавливаемую задатчиком 42, на выходе усипителя 40 формируется код $NP соответствующий пропорциональной составля.ошей закона ре25 гулирования:

ДМ =ЯК Т, Дюж, () где ЫБ — выходная величина сумматора 36.

На выходе сумматор а 38 фор миру ется результирующий код ° приращения упр авл яюще го воздействия

30 (6) 5NU = 5NP + ЬИд;

В четвертом такте работы системы импульс с четвертого выхода таймера

6 поступает на синхровхад регистра

39, записывая в него новую информацию с выхода сумматора 38. Одновре-. менно детектор 41 знака формирует на . своих выходах сигналы, характеризующие направление изменения управляющего воздействия h NU ("Больше", "Меньше"), Зти сигналы совместно с кодом

QNU, который поступает с выхода регистра, подаются на выход регулятора

2, В пятом такте работы системы по фронту сигнала с пятого выхода тайме ра 6 происходит запись новой информа ции в регистр 37, где она сохраня50 . ется в течение цикла Ть. Цифроанало" говый преобразователь 3 осуществляет преобразование кодовых сигналов с выхода регулятора 2 в аналоговый сигнал постоянного тока. При одновременном поступлении на вход цифроаналогового.

5.5 преобразователя 3 сигналов "Больше" и gNU или "Меньше" и Д NU выходной аналоговый сигнал UfnT, J соответствен-. но увеличивается или уменьшается пропорционально коду Ы11:

UpnT1=ц((n-1)T,)+A Ы63(пТ 1, (7) где УГ(п-1)Т 1 — величина управляюь щего воздействия в предыдущем цикпе;

А — коэффициент передачи цифроаналогового преобразователя

Если входной сигнал не изменяется, то и выходной аналоговый сигнал цифроаналогового преобразователя 3 о ст ае тся без изменения. Описанный процесс, формирования управляющего воздействия циклически повторяется под воздействием импульсов генератора 26, Длительность цикла Т . можно регулировать путем изменения коэффициента счетчика

27. Токовый сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 3 поступает по линиям связи на вход блока 4, Последний изменяет расход жидкости за счет изменения проходного сечения регулирующего органа и управляет таким обр азам т ехноло гиче ским праце ссом.

Влияние введенных блоков на работу предлагаемой системы заключается в следующем. При регулировании уровня в технологическом аппарате расход жидкости через регулирующий орган блока

4 может изменяться в широких пределах не только по причине изменения управляющего воздействия от цифр оаналогового преобразователя 3, но и вследствие действия возмущений. В последнем. случае, хотя положение затвора регулирующего органа остается без изме нения, в ели чи на р ас х од а жидко сти может измениться, например, при измене" нии давления в трубопроводной магистрали, на которой установлен регулирующий орган. При этом коэффициент передачи объекта управления соответственно изменяется, вследствие чего качество управления может ухудшиться из-за несоответствия величины коэффициента усиления прямого канала. управления настройки регулятора в номинальном режиме. Коэффициент передачи объекта управления также изменяется каждый раз при изменении задающего воздействия, что вызывает соответствующее измененне расхода жидкости и ухудшение качества управления. Зто проявляется в большей мере при использов.анин исполнительного устройства с нелинейной характерис-. тикай, например регулируюпп х клапа16209 89. йов с равнопроцентной пропускной ха-. рактеристикой. В этих условиях с помощью введенных блоков и связей измеряют расход потока жидкости через регулирукщий орган, с установленной цикличностью преобразуют результаты измерений в эквивалентный цифровой код и определяют величину, соответствующую текущему значению расхода, затем запомненную величину, которая соответствует расходу в момент перво— начальной настройки коэффициента усиления прямого канала в номинальном режиме, делят на полученную величину текущего значения расхода,.найденную величину частного-перемножают с фиксированной величиной номинального коэффициента усиления прямого «анала, величину произeepetaIst органичивают по амплитуде определенной полярности и результирующий кодо.вый сигнал подают в контур регулирования, который реализует линейклй пропорционал.ьно-интегральный закон управления в 25 соответствии с величиной .рассогласования между заданным и текущим значениями уровня. При этом величина адаптивного коэффициента усиления прямого канала NK изменяется таким образом, что большему (меньшему) значению частотного ЯРО/Nt соответствует большее (меньшее) значение NK. Между циклами Т> величина сформированного коэффициента NK сохраняется tta одном

35 уровне. Изменение NK продолжается от цикла к циклу до тех пор, пока его значение не выйдет за диапазон, соответствующий границе устойчивости системы. В этом случае принимают

БК=1ЧКН, При возвращении в ди,апаэон устойчивой работы корректировку величины NK продолжают в описанной последовательности. За счет этого обеспечивается компенсация изменений в коэффидленте передачи объекта управления, Применение изобретения улучшает качество регулирования уровня жидкости в технологических аппаратах при отклонении технологического режима от номинального (среднего) значения, при котором производили настройку контура регулирования. При этом исключается необходимость периодичес" кой ручной подстройки коэффициента усиления прямого канала управления, унеличивается рабочее .Время системы, снижаются требования к уровню квалификации обслуживающего персонала исокращаются эксплуатационные расходы °

Формул а изобретения

Система адаптивного управления параметром технологического процесса, содержащая последовательно соединенные датчик технологического процесса, первый аналого-цифровой преобразователь, первый блок вычисления технологического параметра, первый регистр памяти, подключенный выходом к входу обратной связи цифрового регулятора и через блок кода уставки к входу задания цифрового регулятора, к входу управле п я коэффициента усиления которого через последовательно соединенные умножитель и блок ограничения нодключен выход задатчика номинально го коэффициента усиления, выход цифрового регулятора через цифроаналоговый преобразователь соединен с входом блока регулирования расхода жидкости через технологический аппарат, управляшщип пьсход бло«а кода уставки подключен к входу разрешения таймера, соединенного выходами с первого iio пятый соответственно с входом канала преобразоваыи первого апалогицифрово1 о нре о6р аз оватеня, с у пр являющим входом блока уставки и с управляющимимп входами цифрового ре гулятора с. первого но третий, выход окончания преобразбвания первого аналого-.цифрового преобразователя подключен к управляющему входу первого блока вычисления технологического параметра, соединенного выходом окончания обработки с синхровходом первого регистра памяти, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения качества управле п я, введены переключатель, два регистра памяти, блок деления, второй аналого-цифровой преобразователь, второй блок вычисления технологического параметра и датчик расхода жидкости через технологический аппарат, подключенный выходом через последовательно соединенные второй аналого-цифровой преобразователь, второй блок вычисления технологического параметра, второй регистр памяти к входу делителя блока деления и информационному входу третьего регистра памяти, синхровход. которого подкпючен к выходу пере«лют

11 16 20989 12

4 д/8-8

Составитель В. Башкиров

Техред И.яндык

Корректор Т;Палий

Редактор А.Огар

Заказ 4245 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

I! !!. чателя, а выход - к входу делимого блока деления, соединенного выходом с вторым входом умножителя, первый выход таймера подключен к входу нача5 ла преобразования второго аналого- цифрового преобразователя, соединенноro выходом окончания преобразования с управляющим входом второго блока вычисления технологического параметра, выход окончания обработки которого подключен к синхровходу второго регистра памяти,