Система автоматического управления химико-технологическим процессом

 

Изобретение относится к автоматизации химико-технологических процессов , может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности, при производстве минеральных удобрений, и позволяет повысить надежность системы и расширить ее функциональные возможности. Система автоматического управления химикотехнологическими процессами содержит датчики 1 измерения регулируемых параметров , подключенные через коммутатор 3 к аналого-цифровому преобразователю 4, датчики 2 измерения значений регулирующих параметров и положений регулирующих органов, блок 19 вычисления управляющих воздействий, соединенный через цифроаналоговый преобразователь 20 и второй коммутатор 21 с исполнительными механизмами 23, таймер 18 и функциональные логические блоки 5-16, 22-26, обеспечивающие диагностику текущего состояния химико-технологического процесса, вычисление необходимых управляющих воздействий при его аномальном состоянии и воздействие на процесс для возвращения его в нормальный режим. 1 ил. а SS (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 460804 1/26 (22) 23.11.88 (46) 23.02.91. Бюл. К 7 (71) Государственный всесоюзный центральный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации (72) Т.А.Чиркина, П.М.Ноболов, В.И.Рубштейн, Б.В.Долотин, F..Н.Селин и М.И.Реэеньков (53) 66.012-52 (088.8) (56) Мозгалевский А.В. и др. Техническая диагностика. — M.: Высшая школа, 1975, с.51-60, 69-77.

Голант А.И. и др. Системы цифрового управления в химической промышленности. — M. Химия, 1989 с,11. (54) CHCTFNA AHT0NATH IECK0F0 YIIPABJIEНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОПЕССОМ (57) Изобретение относится к автомати— зации химико-технологических процессов, может быть использовано в различ" ных отраслях народного хозяйства, в, SU 1629715 А1 (51)5 F 26 B 27/1О, С 05 D 27/ОО

2 частности, при производстве минеральных удобрений, и позволяет повысить надежность системы и расширить ее функциональные возможности. Система автоматического управления химикотехнологическими процессами содержит датчики 1 измерения регулируемых параметров, подключенные через коммутатор

3 к аналого-цифровому преобразователю

4, датчики 2 измерения значений регулирующих параметров и положений регулирующих органов, блок 19 вычисления управляющих воздействий, соединенный через цифроаналоговый преобразователь 20 и второй коммутатор 21 с исполнительными механизмами 23, таймер 18 и функциональные логические блоки 5-16, 22-26, обеспечивающие диагностику текущего состояния химико-технологического процесса, вычисление необходимых управляющих воздействий при его аномальном состоянии и воздействие на процесс для возвраще- ния его в нормальный режим. 1 ил.

1629715

Изобретение относится к системам автоматического управления химикотехнологическими процессами и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности при производстве минеральных удобрений.

Пель изобретения — расширение функциональных возможностей системы, по" 1О вышение надежности и обеспечение ее работоспособности в различных технологических . ситуациях.

На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления 15 химико-технологическим процессом.

Система содержит датчики 1 регулируемых параметров, датчики 2 измерения регулирующих параметров и положений регулирующих органов, пер- 20 вый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, первый блок 5 памяти, блок 6 первичной обработки информации, блок 7 вычисления задания по математической модели, блок 8 вы- 25 числения задания при регулировании соотношения двух параметров, блок 9 вычисления задания при каскадном регулировании, блок 10 вычисления задания при каскадном регулировании па- 39 раметра с коррекцией от другого параметра, блок 11 вычисления задания нри стабилизации параметра, блок

12 вычисления задания при дистанци-. онном управлении, второй блок 13 памяти, блк 14 сравнения и идентификации параметров, блок 15 идентификации ситуаций, блок 16 идентификации сообщений, третий коммутатор 17, таймер 18, блок 19 вычисления управляющих воздействий, цифроаналоговый преобразователь 20, второй коммутатор 21, резервные регуляторы 22, исполнительные механизмы 23, блок 24 индикации, блок 25 справочной информации и счет- 45

I чик 26 времени.

Система работает следующим образом.

Таймер 18 с заданной периодичностью подает управляющие сигналы на вход первого коммутатора 3, который последовательно подключает датчи-. ки 1 измерения регулируемых параметров и датчики 2 измерения регулирую х параметров и nozomeHHH регулирую 55 щих органов к аналого"цифровому пре— образователю 4. Последний передает информацию в цифровом коде в блок 6 первичной обработки, который осуществ ляет вычисление сглаженного значения измеряемой переменной (экспоненциальное сглаживание первого порядка) по известному выражению л %г х „= a) x н, + (1-a,) x (и-,), — коэффициент сглаживания; — текущее значение измеряемой переменной; — сглаженное значение на где а1

ХИ если / „, -х;1ад/), то а, = 1, если / х„,-х,q

Я, — заданное значение разности текущего и заданного значений i-го параметра.

Далее полученная в блоке 14 информации по всем параметрам поступает в блок 15 идентификации ситуаций. и-м шаге опроса измеряемой переменной; х д <- сглаженное значение измеряемой на (n-1)-м шаге;

i — номер переменной (параметра) измерения.

Далее информация иэ блока 6 поступает в первый блок 5 памяти, в котором она хранится в течение заданного времени и с которого считывается по команде с таймера )8 в блок 6 первичной обработки информации на каждом шаге управления для вычисления.

Сглаженные значения переменных из блока 6 первичной обработки информации поступают также во второй блок.

13 памяти. Считывание информации из этого блока осуществляется по команде счетчика 26 времени, работающего от таймера 18 и формирующего соответствующий сигнал по истечении заданного времени (т.е. когда число импульсов, поступающих на его вход от . таймера 18 будет равно заданному). При появлении сигнала из счетчика 26 времени информация о текущих сглаженных значениях переменных поступает из второго блока 13 памяти в блок

14 сравнения и идентификации параметров. В блоке 14 осуществляется сравнение текущих (сглаженных) значений измеряемых датчиками 1 и 2 параметров с заданными. При этом

29715

Вычисленное таким образом значение регулируемого параметра принимается за его заданное значение и подается через коммутатор 17 в блок 19 вычисления управляющих воздействий.

5

16

Текущая ситуация определяется совокупностью текущих значений ("0 или "1") признаков переменных, полученных в блоке 14.Заданная ситуация определяется совокупностью заданных значений ("0" или "I" признаков тех же переменных и представляет собой априорно заданное состояние объекта или диагностическую модель объекта, полученную на основе графопричинных следственных связей.

В блоке 15 идентификации ситуаций осуществляется сопоставление текущего состояния объекта управления с заданным путем сопоставления значения и признаков текущей ситуации со значениями признаков заданной ситуации.

Математическая зависимость, реализуемая блоком 15, имеет вид

1, если P(х) — верно, Se -=

1 О, если P (х) — неверно, где S; — наличие ("1") или отсутствие ("0") i-й ситуации;

Р(х)- предикат, имеющий вид

m-мерного (по числу признаков и их комбинаций) логи/ ческого соотношения:

Р(х) =à Ча Чàà V..., где а, — признаки параметров (тождественные признакам неисправностей);

V — - обозначение реализации функции ИЛИ.

Работа блока 15 осуществляется следующим образом.

Совокупность признаков текущей ситуации, поступающая из блока 14, сопоставляется с совокупностями признаков (или группами признаков) заранее заданных ситуаций, определен» ными априори и занесенными в данный блок из второго блока 13 памяти.

Результатами сопоставления являются соответствующие сигналы, формируемые на выходах блока 15 и соответствующие номеру ситуации и командам по ликвидации нарушений (т.е. аномальных ситуаций).

Команды по ликвидации нарушений и поддержания работоспособности системы определяют режим регулирования и расчета заданных значений регулирующих параметров.

Сформированные в блоке 15 сигналы поступают в блоки 7, 13, 16, 17

19 и 21.

Блок 16 идентификации сообщений по совокупности команд и номеру ситуаций, сформированных в блоке 15, осуществляет выбор необходимого сообщения для его индицирования в блоке 24 индикации.

Идентификация сообщений осуществляется методом, аналогичным используемому в блоке 15, и заключается в том, что определенной совокупности команд и ситуации поставлено в соответствие определенное сообщение. В блоке 16 осуществляется выбор из совокупности сообщений, задаваемых блоком 25 спра— вочной информации, того сообщения, которое соответствует сигналам, поступающим иэ блока 15., Третий коммутатор 17 осуществляет передачу одного из рассчитанного в блоках 7...11 или сформированного в блоке 12 задания соответствующего регулируемого параметра в блок 19 вычисления управляющих воздействий. Выбор блока подключения (из блоков 7... 12) осуществляется в зависимости от команды, поступающей из блока 15 (начальное условие задается оператором с блока 25. Коммутатор 17 может быть построен в виде обычного дешифратора, преобразующего совокупность сигналов, полученных в блоке 15. в разрешение на прохождение в блок 19 сигнала с выхода определенного блока (из совокупности блоков 7...12). При этом в блоке 7 вычисляется задание (уставка) регулируемому параметру по математическои модели. Математическая модель химико-технологического процесса отражает зависимости между режимными параметрами процесса и разрешение относительно регулируемого параметра. Таким образом, в блоке 7 осуществляется вычисление регулируемого параметра исходят из текущих значений режимных параметров, полученных в блоке 6 первичной обработки информации, и заданных значений, подаваемых в блок 7 иэ блока 25 справочной информации,, 1629715

10 л

xî

15

25 хО = Bkxкэ

01 где а — заданная постоянная; с х — переменная, формируемая в gp блоке 19, в блоке 10 - при каскадном регулировании с коррекцией л г х = a x x<+ d<, 0>

35 гулируемых параметров, подключенные через первь1й коммутатор к аналого40 о х

Блок 7 представляет собой совокупность стандартных элементов (сумматоров, умножителей), включенных в последовательности проведения арифметических операций для вычисления заданного значения параметра, определяемого структурой математической модели.

Аналогичным образом реализованы блоки 8...11. При этом блок 8 осуществляет вычисление задания при регулировании соотношений двух параметров по формуле где х — заданное значение i-му

Oi параметру; а,,d, — заданные постоянные; х — сглаженное значение j-го параметра.

Блок 8 реализуется из последовательного включения умножителя и сумматора. B блоке 9 вычисляется задание

-при каскадном регулировании где а, Й к — постоянные параметры, в блоке 11 — задание при работе контура в режиме стабилизации

При дистанционном управлении задание пост пает в блок 12 из блока 25 справочной информации.

Таким образом блоки 8...11 либо осуществляют элементарные действия по вычислению заданий регулируемым параметрам (блоки 8...10), либо (в зависимости от работы блока 17) выдают в блок 19 вычисления управляющих воздействий значения, заложенн61» в них с блока 25 справочной информации (блоки 11 и 12). При этом все постОянные для расчетов поступают из блока 25, а переменные — иэ блока 6 (х ) и из блока 19 (х„) .

При срабатывании блоков 15 и 17 блок 19 осуществляет расчет управляю. щего воздействия и рассогласование между расчетным и фактическим значениями регулирующего параметра. Расчет управляющего воздействия осуществляется по известным дискретным алгоритмам ПИД-регулирования.

В зависимости от сигнала, сформированного в блоке 15. третий коммутатор 21 подключает к соответствующему исполнительно11у механизму 23 либо цифроаналогов61й преобразователь 20, либо резервный (аналоговый) регулятор 22. Коммутатор 21 может быть реализован в виде релейного дешифратора, переключающего входы в зависимости от сигнала, поступающего из блока 15.

Таким образом, предлагаемая система автоматического управления химикотехнологическим процессом обеспечивает непрерывность управления процессом при выходе из строя любого блока системы, а также осуществляет диагностику технологической ситуации в темпе с процессом и формирует соответствующие управляющие воздействия для ликвидации аномальных технологических ситуаций.

Формула изобретения

Система автоматического управления химико-технологическим процессом, содержащая датчики измерения рецифровому преобразователю, таймер, выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора, блок вычисления управляющих воздействий, блок справочной информации, первым выходом соединенный с первым входом блока вычисления управляющих воздействий, выход которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с вторым входом второго коммутатора, и исполнительные механизмы, подключенные к соответствующим выходам второго коммутатора, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей системы, повышения надежности и обеспечения ее работоспособности в различных технологических ситуациях, она дополнительно содержит датчики измерения значений регулирующих параметров и положений регулирующих органов, первый и вторпА блоки памяти, блок первичной обработки информации, блоки вычисления

1629715

9 г заданий соответственно по математической модели процесса, при регулировании соотношения двух параметров, при каскадном регулировании параметра, при каскадном регулировании

5 параметра с коррекцией, при стабилизации параметра и дистанционном управлении, блок сравнения и идентификации параметров, блок идентификации ситуаций. блок идентификации сообщений, третий коммутатор, резервные регуляторы, блок индикации и счетчик времени, при этом датчики измерения значений РегулиРующих паРаметРов и положений регулирующих органов подключены к дополнительным входам первого коммутатора, выход аналого-циАрового преобразователя соединен с входом блока первичной обработки информации, выходы которого соединены соответственно с вторыми входами блоков вычисления заданий соответственно по математической модели, при регулировании соотношения двух параметров и при ка- 25 каскадном регулировании с коррекцией, с четвертым входом второго блока памяти, с вторым входом первого блока памяти и третьим входом блока вычисления управляющих воздействий, второй выход которого соединен с вторым входом блока вычисления задания

) при каскадном регулировании и треть— им входом блока вычисления задания при каскадном регулировании с коррек35 цией, первые выходы всех блоков вычисления задания соединены с соответствующими входами третьего коммутатоРа, а их первые входы — с соответствующими выходами блока справочной ин- „ формации, выход таймера соединен с управляющим входом первого блока памяти и первым входом счетчика времени, второй вход которого соединен с соответствующим выходом блока справочной инАормации, а выход - с вторым входом втброго блока памяти, второй выход блока вычисления задания при дистанционном управлении соединен с шестым входом второго блока памяти, второй вход блока первичной обработки информации соединен с выходом первого бпока памяти, а третий его вход — с соответствующим выходом блока справочной информации, первый выход блока идентификации ситуаций соединен с соответствующим входом третьего коммутатора и с третьим вхо-. дом второго блока памяти, первый вход которого соединен с соответствующим выходом блока справочной информации, второй выход блока идентификации ситуаций соединен с пятым в. одом второго блока памяти и вторым входом блока идентиАикации сообщений, его третий выход соединен с первым входом блока идентификации сообщений, четвертый выход — с вторым входом блока вы |исления управляющих воздействий и четвертым входом блока идентификации сообщений, пятый выход — c пятым входом блока идентиАикации сообщений, восьмым входом второго блока памяти и первым входом второго коммутатора, шестой выход — с шестьм входом блока идентификации. сообщений, девятым входом выходного блока памяти и через третий коммутатор соединен с исполнительными механизмами, седьмой выход — с восьмым входом блока идентиАикации сообщений и с третьим входом блока вычисления заданий по математической модели, второй вход — с вторым выходом второго блока памяти, а его первый вход соединен с выходом блока сравнения и идентификации параметров, вхоД которого соединен с первым выходом второго блока памяти, третий выход блока вычисления управляющих воздействий соединен с седьмым входом второго блока памяти, седьмой вход блока идентификации сообщений и соответствующий вход третьего коммутатора соединены с соответствующими выходами блока справочной информации, выход третьего коммутатора соединен с четвертым входом блока вычисления управляющих воздействий, выходы резервных регуляторов через второй коммутатор соединены с соответствующими исполнительными механизмами, а выход блока идентификации сообщений соединен с блоком индикации.