Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи

 

Изобретение относится к технике управления процессами сушки, может быть использовано в производствах гранулированной сажи и позволяет повысить надежность управления и экономичность процесса сушки. Для этого ведут подачу дополнительного теплового потока в зону А<SB POS="POST">1</SB> загрузки барабана 3, которую устанавливают пропорционально расходу грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор 1 регулятором 35 соотношения, подачу теплового потока в зону А основного обогрева - пропорционально сглаженному значению расхода теплоносителя в зону Б вспомогательного обогрева, а в зону Б вспомогательного обогрева - в зависимости от температуры отработавшего теплоносителя на выходе барабана 3 регулятором 42, заданное значение которого корректируется регулятором 43 по температуре высушенных гранул сажи. В регуляторы 42 и 43 введены реле 42 - 5 и 43 - 5, которые отключают работу интегральной составляющей при достижении исполнительным механизмом 24 расхода топлива в зону Б крайних положений. 2 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 26 В 25/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4491946/06 (22) 10.10.88 (46) 07.07.91. Бюл. М 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода и Омский завод технического углерода (72) Е,В.Ермолин, С.Я.Зенков и С.H.Дубровина (53) 66.047.12 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1449811, кл. F 26 В 25/22, 1987. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПPABJlEHMR ПРОЦЕССОМ СУШКИ ГРАНУЛИРОВАННОЙ САЖИ (57) Изобретение относится к технике управления процессами сушки, может быть использовано в производствах гранулированной сажи и позволяет повысить надежность управления и экономичность процесса сушки.

Изобретение относится к технике управления процессами сушки сыпучих материалов в барабанных сушилках и может найти применение в производстве сажи.

Цель изобретения — повышение надежности управления и экономичности процесса сушки.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи; на-фиг.2 — алгоритм функционирования логической части системы управления.

Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи содержит смеситель-гранулятор 1, соединенный трубой 2 с внутренней полостью

„„ Ц „„1661552 А1

Для этого ведут подачу дополнительного теплового потока в зону А1 загрузки барабана 3, которую устанавливают пропорционально расходу грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор 1 регулятором 35 соотношения, подачу теплового потока в зону

А основного обогрева — пропорционально сглаженному значению расхода теплоносителя в зону Б вспомогательного обогрева, а в зону Б вспомогательного обогрева — в зависимости от температуры отработавшего теплоносителя на выходе барабана 3 регулятором 42, заданное значение которого корректируется регулятором 43 по температуре высушенных гранул сажи, В регуляторы 42 и 43 введены реле 42-5 и 43-5, которые отключают работу интегральной составляющей при достижении исполнительным механизмом 24 расхода топлива в зону Б крайних положений. 2 ил, о сушильного барабана 3, обогреваемого сна- О ружи камерой 4 обогрева. Ввод тепл он осителя в барабан осуществляется через Ql патрубок 5, а вывод отработанного теплоно- (Л сителя — вентилятором 6 отсоса, В камере 4 Я обогрева размещены горелки 7-9, которые подают теплоноситель в зону А загрузки, зону А основного обогрева и зону Б вспомогательного обогрева. Подача топлива и воздуха к горелкам осуществляется по трубопроводам 10 — 15 соответственно, на которых установлены соответствующие датчики 16-21 расходов и исполнительные механизмы 22-24 и 25 — 27 регулирования расходов топлива и воздуха соответственно в зоны А1, А и Б. Выходы пар датчиков 16 и

1661552

19, 17 и 20, а также 18 и 21 соединены с входами регуляторов 28 — 30 соответственно соотношения расход топлива — расход воздуха на горение в зоны А>, А и Б, а выходы регуляторов 28 — 30 — с управляющими входами соответствующих исполнительных механизмов 25 — 27 на газоходах подачи воздуха на горение в зоны А1, А и Б, Выходы датчиков 17 и 18 расхода топлива соедине, ны также с входами регуляторов 31 и 32 расхода топлива в зоны А и Б соответствен, но, а выходы последних связаны с управляющими входами соответствующих исполнительных механизмов 23 и 24; Расход грануляционной жидкости в смесительгранулятор 1 определяется расходомером

33, выход которого через блок 34 обратного, предварения соединен с первым входом ре гулятора 35 соотношения расход грануляцион ной жидкости — расход топлива в зону А, второй вход которого соединен с выходом датчика 16 расхода топлива в эту зону, а выход — с управляющим входом исполнительного механизма 22. Выход датчика 18 расхода топлива в зону Б соединен через блок 36 умножения на постоянный коэффициент и блок 37 обратного предварения с входом "Задание" регулятора 31 расхода топлива в зону А. Датчики 38 и 39 темпера туры отработавшего теплоносителя в трубопроводе 40 его отсоса и высушенных гранул в выгрузном патрубке 41 соответственно подключены к своим регуляторам 42 и 43 по входам "Переменная". Регулятор 42, выполнен из параллельно включенных по входу "Переменная" пропорционального

42-1, интегрального 42-2 и дифференциального 42-3 звеньев, выходы которых соединены с входами сумматора 42-4. Вход

"Задание" интегрального звена 42-2 соединен с выходом реле 42-5, входы которого подключены ко входам "Переменная" 42-5-1 и "Задание" 42-5-2 регулятора 42. Регулятор

43 аналогичен регулятору 42. Выходы обоих регуляторов связаны с входами блоков 44 и

45 прямого предварения и первыми входами устройств 46 и 47 сравнения, вторые входы которых соединены с выходами блоков 44 и 45 прямого предварения, Выход устройства 46 сравнения подключен к первым входам элементов ИЛИ вЂ” НЕ 48 и И 49, а выход устройства 47 сравнения — к первым входам элементов И 50 и ИЛИ вЂ” НЕ 51. Выходы элементов ИЛИ-НЕ48и И49соединены с входами элемента ИЛИ 52, а выходы элементов И 50 и ИЛИ-НЕ 51 соединены с входами элемента ИЛИ 53, Выходы элементов WIN 52 и 53 связаны с управляющими входами реле 42-5 и 43-5 (не показано). В ыходы регулятора 32 стабилизации расхода

55 топлива в зону вспомогательного обогрева

Б соединены с первыми входами устройств

54 и 55 сравнения, к вторым входам которых подключены задатчик 56 максимального значения сигнала и задатчик 57 минимального значения сигнала, а выходы их связаны с вторыми входами элементов И 48, И 50, ИЛИ вЂ” НЕ 48 и ИЛИ-НЕ 51. Кроме того. выход регулятора 42 подключен к выходу "Задание" регулятора 32, а выход регулятора 43— к входу "Задание" регулятора 42.

Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи работает следующим образом.

Из смесителя-гранулятора 1, где сухая пылящая сажа при смешении с грануляционной жидкостью образует влажные гранулы, последние по трубе 2 поступают в барабан 3, в котором они высушиваются, постоянно перемещаясь к выходу, подвергаясь воздействию теплоносителя, просасываемого внутрь барабана 3 через патрубок 5 вентилятором 6, и взаимодействуя с внутренними стенками барабана 3, обогреваемыми снаружи горелками 7 — 9, Теплоноситель получают сжиганием топлива в избытке воздуха в режиме полного сгорания. Топливо и воздух поступают к горелкам 7 — 9 по соответствующим газоходам 10 — 15, В данном техническом решении дополнительно организована третья зона обогрева — зона А> в месте загрузки барабана наряду с зоной А основного обогрева и зоной Б вспомогательного обогрева. Назначение зоны A> — организация возможности введения упреждающего воздействия по количеству теплоносителя в ограниченной по длине барабана 3 загрузочной зоне по отношению к значительно распределенной по длине барабана 3 зоне А основного обогрева в зависимости от количества влаги, поступающей в барабан 3 из смесителягранулятора 1 с влажной гранулированной сажей, Расходы топлива и воздуха на горение контролируются соответствующими датчиками 16 — 18 и 19-21 расхода, а их соотношения в зонах А, А и Б поддерживают соответствующими регуляторами 28-30 путем изменения расходов воздуха посредством исполнительных механизмов 25-27 соответственно в зоны А>, А и Б.

Регуляторы 28-30 и 35 соотношения в статике реализуют зависимость

Хвх = КХвх1 (1) где К вЂ” коэффициент соотношения, который задается при настройке схемы.

При этом Xsx1 является задающим параметром, а отслеживание соотношения производится по параметру Х,„, Для pery1661552

4 Хвях

Топ +Хвых = Хвх (2) 20

35 (3) 40

50 схему реле 42-5 и 43-5. Реле работают по . условию (на примере регулятора 42) Хвых42 — 5 — 2

Хвых42 — 5 — 1 °

Хвх42 — 5упр 0

Хвх42 — 5упр

1 (8) ляторов 28 — 30 задающим параметром является значение расходов топлива, измеряемое датчиками 16-18, а соотношения поддерживают коррекцией расходов воздуха на горение.

Регулятор 35 устанавливает расход топлива в зону А1 пропорционально сглаженному значению расхода грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор 1, измеренному расходомером 33. Сглаживание сигнала осуществляется блоком 34 обратного предварения по уравнению где Ton — параметр настройки;

Хвх — входной сигнал;

Хвых — сигнал на выходе блока.

Цель сглаживания — устранение высокочастотных составляющих входного сигнала.

Регуляторы 31 и 32 расхода топлива в зоны А и Б компенсируют возмущения по давлению топлива и линеаризуют расходные характеристики исполнительных механизмов 23 и 24, обеспечивая необходимую точность стабилизации заданных расходов топлива при любых смещениях их расходных характеристик. Эти регуляторы пропорционально-интегральные.(ПИ) и работают в соответствии с уравнением.

Хвых - Кп Xex + 3 Xex4t, где Хвх и Хвых — входной и выходной сигналы регулятора, Кп — коэффициент усиления пропорциональной составляющей регулирующего воздействия;

Т вЂ” постоянная времени интегрирования, при этом

Xsx = Xn Хз, (4) где Xn — величина регулируемого параметра;

Хв — величина заданного значения регулируемого параметра.

Регуляторы 28-30 и 35 соотношения в динамике работают аналогично ПИ-регуляторам 31 и 32 согласно (3), но в качестве входного сигнала на первую группу регуляторов вводится величина

Хвх К1 Хвх1 " K2 Хвх2 (5) где К2/К1 - К. Сигнал с датчика расхода топлива в зону Б проходит через блок 36 умножения на постоянный коэффициент для соблюдения необходимого по технологии соотношения

15 я тепловых потоков в зоны А и Б. Блок 36 умножения реализует зависимость

Хвых = K Хвх. (6) где К вЂ” постоянный коэффициент, Далее сигнал, пройдя через блок 37 обратного предварения, работающий аналогично блоку 34 обратного предварения и реализующий выделение низкочастотной составляющей, поступает в качестве задания на регулятор 31 расхода топлива в зону

А основного обогрева. Данная связь необходима по следующей причине; изменение низкочастотной составляющей значения расхода теплоносителя в зону Б вспомогательного обогрева несет информацию о необходимости изменения количества теплоносителя в зону А основного обогрева.

Регулятор 42, воздействуя на стабилизирующий контур расхода топлива на трубопроводе 12, по температуре отработавшего теплоносителя, измеряемой датчиком 38, регулирует температуру отработавшего теплоносителя на выходе из барабана 3 изменением величины вспомогательного теплового потока в зону Б. Регулятор 43 по температуре высушенных гранул сажи, измеряемой датчиком 39 в выгрузном патрубке 41, корректирует заданное значение регулятора 42, обеспечивая точное поддержание требуемой по регламенту температуры высушенных гранул сажи, Регуляторы 42 и 43 включают пропорциональное (П) 42-1, интегральное (И) 42-2 и дифференциальное (Д) 42-3 звенья, выходные сигналы которых суммируются блоком 42-4. Они реализуют

П ЛД-закон регулирования

1 4 Хвх

Хвых = Кп Хвх+ - 1 Xex4t+ Тпр (7)

1и 4 t где Кп Хвх — пропорциональная составляющая регулятора подобно ПИ-регулятору (3), звено 42-1;

1Л ) Xsxdt — интегральная составляющая регулятора подобно ПИ-регулятору (3), звено 42-2;

Тnp4Xsx/dt — дифференциальная составляющая регулятора, звено 42-3;

Xsx = Xn Хз.

Регуляторы 42 и 43 выполнены с переменной структурой за счет введения в их

Данное условие означает, что если управляющий сигнал реле 42-5 Хупр = О, то к входу

И-звена 42-2 подключено заданное значеНМе параметра и его работа идет обычным

1661552 и элементов 44, 46, 48, 49 и 52 для регулятора 42 и 45,47, 50, 51 и 53 для регулятора 43, вырабатываетсЯ сигнал Хвх42 — 5упр работа И-звеньев регуляторов 42 и 43 прекращается ввиду того, что в дальнейшем она в данной ситуации является ложной, не приводит к дальнейшему увеличению проходного сечения регулирующего органа и вызывает тем самым снижение качества управления.

Точное представление о работе логических схем дает алгоритм.их работы (фиг.2).

При этом анализ положения исполнительного механизма 24 на линии подачи топлива в зону Б осуществляется по величине сигна- 35 ла на его управляющем входе с помощью устройств 54 и 55 сравнения и задатчиков 56 и 57 предельных сигналов, общих для обоих регуляторов 42 и 43. Устройство 54 сравнения реализует условие с (g)

Хвых =О, < вх — "

Х,х <1, 45

Хвх 0, X,х >0, вых —.

Хвых = 1, 50

55 путем согласно выражению (1/Ти 1Xexdt), но если управляющий сигнал реле 42-5

Хулр = 1, то к входу И-звена 42-2 подключено текущее значение. При этом Хв = Xn или Xex=

= Хп - Х.- =- О, т.е. процесс интегрирования блокируется, и величина интегральной составляющей (1/Ти J Xexdt) не изменяется.

При этом П- и Д-звенья регуляторов 42 и 43 продолжают работать по обычному алгоритму, Выработка управляющего сигнала реле

42-5 и 43-5 осуществляется из следующего условия, Если исполнительный механизм 24 на линии подачи топлива в зону Б находится в одном из предельных положений (полностью открыт или полностью закрыт), а выходной сигнал любого из регуляторов 42 или

43 или обоих одновременно изменяется в направлении этого предельного положения, то логической схемой, состоящей из блоков

Устройство 55 реализует условие

Анализ знака изменения выходного сигнала регулятора 42 реализован схемой из блока 44 и устройства 46, а для регулятора 43 — схемой из элементов 45 и 47.

Работает схема следующим образом (на примере регулятора 42). Выходной сигнал регулятора 42 подается параллельно на устройс во 46 сравнения и блок 44 прямого предварения, работающий по алгоритму

dxBx

Хвых — Tnp

dt

+ Хвх (11) где Т р — постоянная времени предварения.

Устройство 46 сравнения реализует условие

v44 44 вых — Хвх

44 44

Хвых < Хвх ч46 1 вых

Х4б (13) где цифровые индексы — номера блоков и элементов на фиг,1, При этом, если выходной сигнал регулятора 42 увеличивается, то величина скорости dxex/dt, вырабатываемая в блоке 44, имеет положительный знак и выполняется условие (12), В противном случае величина dx/dt отрицательна, и выполняется условие (13).

Далее логический сигнал скорости изменения выходного сигнала регулятора 42 сравнивается с логическим сигналом положения исполнительного механизма 24. Данное сравнение выполнено на элементах

ИЛИ вЂ” НЕ 48 и И 49 с последующим логическим суммированием на элементе ИЛИ 52, причем элемент ИЛИ вЂ” НЕ 48 реализует логическую функцию

0+0=1

0+1=0

1+0=0

1+1=0 (14) элемент И 49 реализует функцию 1+1=1

1+0=0

0+ 1 =-0 (15)

0+0=0 элемент ИЛИ 52 — функцию

1+1 =1

1+0=1

0+1 =1 (16)

0+0=0

Для регулятора 43 аналогичные функции выполняют элементы И 50 и ИЛИ вЂ” НЕ

51. При этом, если исполнительный механизм 24 находится в крайнем открытом положении, то устройство 54 сравнения формирует сигнал "1" на вход элемента И

49. При положительной скорости изменения выходного сигнала регулятора 42 (т.е. направленной в сторону увеличения проходного сечения исполнительного механизма

24) с устройства 46 на второй вход элемента

И 49 поступает сигнал "1". Совпадение двух единиц приводит к выработке управляющего сигнала "1", который, пройдя через элемент ИЛИ 52, поступает на вход реле 42-5 и переключает его. При этом на вход "Задание" интегрального звена 42-2 поступает сигнал "Переменная" 42-5-1, так же как и на

1661552

50

55 вход звена 42-2 "Переменная". Равенство сигналов останавливает процесс интегрирования звеном 42-2. Если исполнительный механизм 24 расхода топлива перешел в промежуточное положение или знак скорости выходного сигнала регулятора 42 изменился на противоположный, то на одном или на обоих входах элемента И 49 присутствует

"0", определяя выходной управляющий сигнал на реле 42-5 (42-5упр), равный "0", что приводит к подаче через реле 42-5 на вход

"Задание" звена 42-2 заданного значения и включения его тем самым в работу. В приведенных ситуациях с выхода элемента ИЛИ—

НЕ 48 поступает сигнал "0", так как он вырабатывает "1" при наличии на обоих входах сигналов "0". Допустим, что исполнительный механизм 24 расхода топлива переместился в закрытое состояние, тогда устройство 55 вырабатывает сигнал "0", который поступает на вход элемента ИЛИ вЂ” НЕ

48, Если при этом скорость изменения регулирующего воздействия регулятора 42 отрицательная, то на второй вход элемента

ИЛИ-НЕ 48 приходит тоже "0", после чего управляющий сигнал "1" через элемент 52 вновь переключает реле 42-5 и отключает работу интегрального звена 42-2 регулятора

42. Аналогично осуществляется регулирование температуры высушенных гранул.

Пусть, например, увеличилась нагрузка на барабан 3 по количеству мокрых гранул, расход грануляционной жидкости в этом случае увели.ивается, и пропорционально ему с помощью регулятора 35 увеличивается подача теплоносителя в зону загрузки А1, обеспечивая введение упреждающего воздействия. Зона А1существенно короче зоны основного обогрева, поэтому дополнительно поданный теплоноситель в зону А воздействует на процесс сушки на коротком начальном участке барабана, не внося тем самым возмущения на зону А основного обогрева. Если этого дополнительного количества теплоносителя не хватит для компенсации возмущения по расходу грануляционной жидкости, то снижается температура отработавшего теплоносителя, поэтому регулятор 42 увеличивает количество теплоносителя в зону Б, Эта тенденция проявляется через фильтр и путем постепенного увеличения задания на регулятор

31 обеспечивает увеличение подачи теплоносителя в зону А основного обогрева, Регулятор 43, корректируя задание регулятору

42, обеспечивает точность регулирования температуры высушенных гранул.

Формула изобретения

Система автоматического управления процессом сушки гранулированной сажи в прямоточной барабанной сушилке с позонным наружным обогревом, содержащая расходомеры топлива и воздуха на горение в зоны основного и вспомогательного обогревов, подключенные к входам соответствующих регуляторов соотношения расходов топлива и воздуха, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих исполнительных механизмов на трубопроводах подачи воздуха на горение, регуляторы расхода топлива в зоны основного и вспомогательного обогревов, к входам которых подключены расходомеры топлива в эти зоны, а к выходам — управляющие входы исполнительных механизмов на трубопроводах подачи топлива в эти зоны, датчики температуры отработавшего теплоносителя и высушенных гранул, соединенные с входами "Переменная" соответствующих регуляторов, каждый из которых содержит параллельно включенные пропорциональный, интегральный и дифференциальный элементы, выходы которых подсоединены к входам сумматора, выход которого является выходом регулятора, при этом вход "Задание" каждого регулятора выведен на пропорциональный элемент, причем выход регулятора температуры отработавшего теплоносителя соединен с входом "Задание" регулятора расхода топлива в зону вспомогательного обогрева, а выход регулятора температуры высущенных гранул — с входом Задание" регулятора температуры отработавшего теплоносителя, выход расходомера топлива е зону вспомогательного обогрева <ерез блоки умножения и обратного предварения подключен к входу "Задание" регулятора подачи топлива в зону основного обогрева, о т л и ч а ю щ а— я с я тем, что, с целью повышения надежности управления и экономичности процесса сушки, она дополнительно содержит датчики расхода подачи топлива и воздуха на горение в зоне загрузки барабана, два регулятора соотношения, расходомер грануляционной жидкости в смеситель-гранулятор сажи, второй блок обратного предварения, четыре устройства сравнения, задатчик максимального значения сигнала, задатчик минимального значения сигнала, два элемента

И, два элемента ИЛИ вЂ” НЕ, два элемента

ИЛИ, два реле, два блока прямого предварения, при этом расходомер грануляционной жидкости подключен через второй блок обратного предварения к первому входу первого регулятора соотношения, датчик расхода топлива в зону загрузки барабана подключен к второму входу этого регулятора, а выход первого регулятора соотношения — к управляющему входу

1661552 Ь РЫОапЮиий леппанюсимем

Гранул ционн

Жийа м у исполнительного механизма на трубопроводе подачи топлива в зону загрузки барабана, к входам второго регулятора соотношения подключены датчики расхода

Tоплива и воздуха на горение в зону загрузки барабана, а к выходу-управляющий вход исполнительного механизма на трубопроводе подачи воздуха на горение в эту зону обогрева барабана, выход регулятора темйературы отработавшего теплоносителя подключен к входу первого блока прямрго предварения и к первому входу первого . лемента сравнения, второй вход которого связан с выходом первого блока прямого предварения, а выход первого стройства сравнения связан с первыми, ходами первых элементов И и ИЛИ-НЕ, ! выходы которых соединены с входами nepsoro элемента ИЛИ, а выход блока подключен к управляющему входу перво го реле, выход регулятора температуры ,высушенных гранул связан с вторым блоком прямого предварения, который, в свою очередь, соединен с соответствующим устройством сравнения, элементами И, ИЛИ-НЕ, ИЛИ и реле, как и первый блок прямого предварения, первый вход первого реле соединен с входом "Задание" регуля5 тора температуры отработавшего теплоносителя, а второй вход первого реле соединен с входом "Переменная" этого регулятора, выход первого реле подключен к входу "Задание" интегрального элемента

10 этого регулятора, второе реле подключено аналогично к регулятору температуры высушенных гранул, выход регулятора расхода топлива в зону вспомогательного обогрева подключен к первым входам третьего и чет15 вертого устройств сравнения, к второму входу третьего устройства сравнения подключен задатчик максимального значения сигнала, к второму входу четвертого устройства сравнения подключен задатчик

20 минимального значения сигнала, выход третьего устройства сравнения соединен с вторыми входами элементов И, а выход четвертого — с вторыми входами элементов

ИЛИ-НЕ.

1661552

I Составитель B. Полянский . Редактор G. Юрковецкая Техред M.Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 2114 Тираж 428 Подйисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и о крытиям при ГКНТ СССР

11I3O35, Москва, Ж-35, Рауыская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101