Способ автоматического регулирования выходного параметра объекта управления по возмущению на входе

 

Изобретение относится к регулированию непрерывных технологических процессов в химической и нефтеперерабатывающей промышленности Цель изобретения - повышение оперативности и упрощение регулирования . Для этого вводят задание на величину регулирующего параметра в соответствии с требуемым изменением выходного параметра. По этому заданию и текущим значениям входных возмущающих воздействий по известной зависимости формируют настроечный параметр. Измеряют скорость изменения задания, фиксируют отрезки времени, в течение которых эта скорость отлична от нуля, и величину настроечного параметра для формирования действующего задания выбирают в конечный момент каждого указанного отрезка времени. 4 ил.

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ss)s G 05 В 13/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4821318/24 (22) 09.04.90 (46) 23.12.92; Бюл. М 47 . (75) В. М. Слободкин, Ю. M. Муниров, Ш.

А.-К. Миндубаев и В. В. Лабзов (56) Дианов В. Г. Автоматизация производ. ственных процес ов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

M.: Химия, 1968, с. 24, рис. 1-4. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО ПАРАМЕТРА

ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ ПО ВОЗМУЩЕНИЮ НА ВХОДЕ (57) Изобретение относится к регулированию непрерывных технологических процессОв в химической и нефтеперерабатывающей проИзобретение может применяться в химии, нефтепереработке, металлургии и теплоэнергетике.

Известен способ автоматического регулирования выходного параметра обьекта управления по возмущению на входе, в соответствии с которым измеряют входные возмущающие воздействия, по известной зависимости от них и настроечного параметра этой зависимости формируют действующее задание на величину регулирующего параметра, измеряют текущее значение регулирующего параметра, сравнивают его с действующим заданием и по рассогласованию изменяют регулирующий параметр.

Недостатком этого способа является сложность его применения, связанная с тем, что оператор при формировании сигнала. пропорционального величине настроеч„„SU „, 1783472 А1 мышленности. Цель изобретенйя — повышение оперативности и упрощение регулирования. Для этого вводят задание на величину регулирующего параметра в соответствии с требуемым изменением выходного параметра, По этому заданию и текущим значениям входных возмущающих воздействий по известной зависимости формируют настроечный параметр, Измеряют скорость изменения задания, фикси-. руют отрезки времени, в течение которых эта скорость отлична от нуля, и величину настроечного параметра для формирования действующего задания выбирают в конечный момент каждого указанного отрезка времени. 4 ил. ного параметра, должен вычислить значение этого настроечного параметра по текущим значениям входных параметров и по значению регулирующего параметра, которому, по его (оператора) мнению, должен был бы равняться регулирующий параметр для достижения цели при данных значениях входных параметров, Сложность эта особенно возрастает в тех случаях, когда системой регулирования по возмущению на входе дополняют действовавший ранее контур регулирования регулирующего параметра, желая передать новой системе часть действий оператора по корректировке ве1ичины регулирующего параметра в связи с изменениями входных параметров. В э1ом случае, как показывает опыт, сложность для оператора связана не только с необходимостью дополнительных наблюдений и вычислений по ним, но и с тем, что вычислять и

1783472 о- Здесь расход нагреваемого потока—

iA входной параметр, расход нагревающего ю потока — регулирующий параметр, Темпера3- тура нагреваемого потока, являющаяся паro 5. раметром объекта управления, — мера эффективности управления объектом. а- Способ-прототип реализуется схемой и на фиг. 1. На этой схеме 8 — задат;ик настрого ечного параметра. Система работает следуе 10 ющим образом. Исходя из допущения о том, что температуры нагревающего и нагреваеи- мого потоков на входе в теплообменник пот- стоянны, оператор выбирает отношение о расхода нагревающего потока к расходу нам 15 греваемого потока таким, чтобы на выходе нагреваемого потока установилась нужная у- ему температура. Это отношение и является т настроечным параметром, и оператор ввот- дит его в систему ручным задатчиком 8, - 20 По сигналу, пропорциональному вх<>ду ному параметру — расходу нагреваемого поо тока и по" настроечному параметру-выходному сигналу задатчика 8, формирователь 6 формирует ситнал, пропорциональ25 ный заданию на расход нагревающего о потока; направляемый на вход регулятора 5, на другой вход которого поступает выход о расходомера регулирующего потока 2. Регулятор 5 с помощью клапана 7 поддерживает — 30 .нужный расход.

Температура нагреваемого потока на х выходе теплообменника контролируется т термометром 4, и Формирователь 6 представляет собой о 35 серийно выпускаемый блок перемножения а двух переменных сигналов. В пневмоварианте это может быть прибор ПФ1.18 системы "Старт" завода Тизприбор. т Б результате работы системы, если раст 40 ход нагреваемого потока возрастает, автоматически возрастает и расход нагревающего потока, Если температура в нагреваемого потока падает, оператор вручную изменяет настроечный параметр (увев 45 личивает отношение расходов) с помощью задатчика 8.

Предлагаемый способ реализуется схемой, представленной на фиг, 2, На этой cxe-. формировать .вручную приходится некот рый новый непривычный дополнительнь параметр, имеющий, как правило, сложну физическую природу и непривычную ра мерность, вместо простого и привычно значения регулирующего параметра, Цель изобретения — повышение опер тивности и упрощение регулирования пр использовании способа автоматическо регулирования по возмущению на вход оператором-технологом, С этой целью вводят задание на велич ну регулирующего параметра в соответс вии с требуемым изменением выходног параметра, по этому заданию и текущи значениям входных возмущающих воздеи ствий по упомянутой зависимости формир ют настроечный параметр; измеряю скорость изменения задания, фиксируют о резки времейи, в течение которых измерен ная скорость отлична от нуля, и величин настроечного параметра для упомянутог формирования действующего задания вы бирают в конечный момент каждого упомя нутого отрезка времени.

Введение операции автоматическог формирования сигнала, пропорционально го значению настроечного параметра, и сигналу, пропорциональному значению формируемого вручную задания на регули рующий параметр, и по сигналам, пропор циональным значениям входны параметров, освобождает оператбра о сложностей дополнительных наблюдений вычислений. а выбор (запоминание) этог автоматйчески сформированного сигнал только в конечные моменты отрезков време ни, когда оператор изменяет задание на ве личину выходного параметра, обеспечивае независимость настроечного параметра о входных параметров во все остальное вре мя. Упомянутое запоминание (перезапоми нание) происходит действительно только конечные моменты вмешательства операто ра, поскольку только в течение отрезко времени, когда оператор изменяет задание упомянутая скорость отличается от нуля, Примеры конкретного выполнения спо соба и реализующих его систем иллюстрируются схемами на фиг. 1-4.

Изображенный на фиг. 1 и 2 теплообменник 1, в котором обмениваются теплом нагреввемый и нагревающий потоки, снаб-. жен расходомером нагревающего потока 2. расходомером нагреваемого потока 3, термометром 4,на выходе нагреваемого ибтока, регулятором расхода нагревающего потока

5, формирователем задания нв величину регулирующего параметра (в данном случае— нагревающего потока) 6 и клапаном 7, ме все элементы с 1 до 7 имеют то же

50 назначение, что и на фиг. 1. Здесь 9 — ручной задатчик регулирующего параметра (расхода нагревающего потока), 10 — блок подготовки системы к изменению настроечного параметра, 11 — автоматический формиро55 ватель настроечного параметра и 12 — блок запоминания, .

S этой схеме. ручной задатчик 9 имеет шкалу и размерность датчика и регулятора регулирующего параметра. Выходной сигнал этого задатчика поступает на вход авто. 1783472

25

35

50 матического формирователя настроечного параметра 11, на другой вход которого поступает сигнал, пропорциональный расходу нагреваемого потока (входной параметр). В данном случае формирователь — серийно выпускаемый делительный блок. В пневмоварианте — это уже упомянутый ПФ1,18. Делением выходного сигнала эадатчика 9 на сигнал расходомера 3 система "узнает", какой величине настроечного параметра соответствует величина расхода нагревающего потока, которую оператор считает нужным установить" для достижения заданной температуры, Соответственная величина сигна- ла устанавливается на выходе

: формирователя 11.

Одновременно выходной сигнал ручйого задатчика 9 поступает в блок подготовки системы к изменению настроечного параметра 10. В пневмоварианте системы этот блок имеет схему, представленную на фиг.

3. Все блоки этой схемы — серийно выпускаемые приборы системы "Старт" завода Тизприбор: 13 — блок предварения ПФ2; 14 — 16 — сумматоры ПФ.1, 17 — блок умножения на постоянный коэффициент ПФ1.9. Выход блока 13 соединен с отрицательным входом блока 14 и положительным входом блока 15, Выход ручного задатчика соединен с входом блока 13, положительным входом блока.14 и отрицательным входом блока 15, Выходы блоков 14 и 15 соединены с положительными входами блока 16, выход которого поступает s блок 17. Выход блока 17, настроенного на большой коэффициент схемы на фиг. 3, является выходом всего блока подготовки 10 схемы на фиг, 2, Благодаря описанному соединению в те моменты времени, когда выход ручного задатчика регулирующего параметра остается постоянным, выходные сигналы блоков 14—

17 остаются равными нулю. Когда выход ручного задатчика растет, выход блока 13 больше входа, и поэтому на выходе блока 14 сигнал равен нулю, на выходе блоков 15 и

16 появляется некоторый ненулевой сигчал, а на выходе блока 17 устанавливается единица. Когда выход ручного задатчика падает, выход блока 13 меньше входа, vi поэтому на выходе блока 14 появляется некоторый ненулевой сигнал. а на выходе блока 15 сигнал равен нулю. (В пневмосистемах отрицательных сигналов реализовать нельзя), В результате на выходе блока 16 устанавливается ненулевой сигнал, а на выходе блока 17 — единица, Выходной сигнал (единица) блока подготовки схемы к изменению настроечного параметра "отпирает" блок запоминания

12, B этом состоянии сигнал на выходе бло5

10 ка 12 равен входному сигна.-у этого блока.

Когда единица на выходе блока 10 пропадает (заменяется на ноль), блок 12 "запирается" и сохраняет на своем выходе значение настроечного параметра, соОтветствующее заданию на величину рвгулирующего параметра. введенного в систему оператором в момент, когда он в последний раэ вращал (перемещал) рукоятку эадатчика 9.

Запомненное значение настроечного параметра, будучи постоянным, не изменяется и тогда, когда величины входных параметров изменяются, и изменяется вместе с ними выход формирователя 11.

: В качестве блока запоминания можно использовать элемент П-1014 системы

УСЗППФ завода Тизприбор, Запомненное значение настроечного параметра поступает в автоматический фор- . мирователь задания регулирующему параметру 6, который работает так же,.как и в схеме, реализующей для теплообменника способ-прототип.

В результате, хотя настроечный параметр без вмешательств оператора не изменяется, задание регулирующему параметру изменяется вслед за входным параметром (вслед за возмущением на входе), чем и достигается компенсация влияния изменений входного параметра (расхода нагреваемого потока) на выходной параметр (температуры нагреваемого йотока на выходе).

Применение предлагаемого способа может существенно облегчить оператору эксплуатацию системы, реализующей способ регулирования по возмущению на входе. В этом случае управляемый объектом (см. фиг, 4) является ректификационная колонна 1* для разделения нефти на бензин, отбираемый с верха колонны через конденсатор 1а и рефлюксную емкость 1б, керосин, отбираемый через верхний стрйппинг 1в, дизельное топливо зимнее (ДТЗ), отбираемое из колонны 1 через стриппинг ir, дизельное топливо летнее (ДТЛ), отбираемое через стриппинг 1д.

Регулирующим параметром (одним из регулирующих параметров) является расход

ДТЛ. Выходным параметром объекта управления является показатель качества ДТЛ— температура конца кипения; которая измеряется, но в автоматическом регулировиюи не участвует (регулирование "по обратной связи" отсутствует). Возмущающими воздействиями я вля ются изменения расходов нефти по пяти патокам и изменения расходов трех вышеотбираемых продуктов.

Для таких колонн рекомендуется САР, в которой расход бокового продукта изменяют так, чтобы отношение суммы расходов

1783472 данного и всех вышеотбираемых продуктов сырья оставалось равным некоторой постоянной величине, которую оператор должен изменять, когда он желает изменить температуру конца кипения данного бокового продукта.

В тех случаях, когда рекомендуемую систему внедряют на действующей установке, где технологическим персоналом (операторами) накоплен опыт, позвбляющий эффективно поддержива ь температуру конца кипения, например, ДТЛ, изменяя задание непосредственно на расход ДТЛ, переход к управлению через новое понятие "отношение суммарных расходов", представляет, как показывает опыт, для оператора значительные психологические трудности, .

Применение предлагаемого способа позволяет избежать этих трудноСтей.

Система, реализующая предлагаемый способ,. для колонны (см. фиг. 4) содержит

: такие же элементы, как и система для теплообменника (см. фиг. 2). При этом использованы те же цифровые обозначения: датчик регулирующего параметра — расходомер

ДТЛ обозначен цифрой 2, датчики возмущающих воздействий — цифрой 3 (За, б, в; r, д — расходомеры сырья, 3 ж, з; и — расходомеры вышеотбираемых продуктов, сумматор

Зе является как бы датчиком суммарного расхода сырья, а сумматор Зк — как бы датчиком суммарного расхода бензина, керосина и ДТЗ). Далее, система содержит датчик поддерживаемого оператором параметра— температуры конца кипения ДТЛ 4, регулятор регулирующего параметра (расхода

ДТЛ 4) 5, формирователь задания на величйну регулирующего параметра 6, клапан регулирующего параметра 7, ручной задат-. чик регулирующего параметра . (расхода

ДТЛ) 9, блок подготовки системы к измейению настроцчного 1. параметра 10, автоматический формирователь настроечного параметра 11 и блок запоминания 12.

Регулятор 5, блоки 10 и 12 могут иметь такое же исйолнение, как s системе регулирования теплообменника, и работают потаким же алгоритмам, Формирователь регулирующего параметра 6. выделенный на фиг. 4 штриховым контуром, имеет здесь более сложное исполнение, чем на фиг. 2; он сам состоит из блока умножения 6а, такого же, как и весь формирователь на фиг. 2, и дополнительного сумматора 6б, Аналогично автоматический формирователь настроечного параметра 11 состоит из сумматора 11а делительного блока 11б, описанного при раскрытии формирователя настроечного параметра в САР теплообменника, Система работает следующим образом.

Расходомеры За, б, в, г, и д измеряют расход

5 нефти, блок Зе формирует сигнал, пропорциональный суммарному расходу сырья.

Расходомеры Зж, з, и измеряют расходы бензина, керосина и ДТЗ, а блок Зк формирует сигнал. пропорциональный сумме их

10 расходов.

Оператор с помощью задатчика 9 вводит сигнал, пропорциональный такой величине расхода ДТЛ, которая обеспечивает нужное ему изменение поддерживаемого

15 параметра. В сумматоре 11 а формирователя 11 этот сигнал складывается с сигналом, пропорциональным суммарному расходу вышеотбираемых продуктов, и на выходе

11а формируется сигнал, пропорциональ20 ный такому значению суммы расходов ДТП., ДТЗ, керосина и бензина, которое задал бы оператор, если бы вместо задатчика 9 имел бы в своем распоряжении задатчик суммарного расхода продуктов. В блоке деления

25 11б формируется отношение суммарного расхода ДТЛ, ДТЗ, керосина и бензйна к суммарному расходу сырья, которое опера-: тор задал бы ручным задатчиком настроечного параметра, если бы система имела

30 такой задатчик. Однако для этого он должен был бы сам собрать информацию о расходах сырья по нескольким потокам, о расходах вышеотбираемых продуктов и произвести необходимые вычисления.

35 Блок 10 может быть выполнен так же, как и в системе регулирования теплообменника на фиг. 2; схема которого представлена на фиг. 3, Блок 10 вырабатывает 100% сигнал на своем выходе в моменты времени, 40 когда выходной сигнал задатчика 9 изменяется, т.е, тогда, когда оператор вращает или перемещает рукоятку задатчика 9. По выходному сигналу блока 10 блок запоминания 12 запоминает значение настроечного

45 параметра, сформированного в блоке 11 в момент, когда оператор изменял задание с помощью задатчика 9. По значениям настроечного параметра, суммарного расхода сырья и суммарного расхода вышеотбирае50 мых продуктов блок 6 формирует задание на расход регулирующего параметра — расхода

ДТЛ.

Блок 6 в системе управления колонной .. отличается от аналогичного блока с тем же

55 номером в системе регулирования теплообменника: кроме блока умножения ба, в кото- . ром формируетсз задание на суммарный раСход продуктов, он содержит сумматор бб, в котором вычитанием из задания на суммарный расход продуктов текущего зна1783472

10 чения суммы расходов вышеотбираемых продуктов формируется задание на расход

ДТЛ, Это задание отрабатывается регулятором 5, воздействующим на клапан 7.

Настройка блоков, обеспечивающих реализацию отличительных признаков предполагаемого изобретения, проста.

Коэффициенты настройки формирователя настроечного параметра вычисляются по максимумам шкал соответствующих расходомеров. Настройка дифференцирующего звена в блоке подготовки системы к изменению настроечного параметра должна обеспечивая, с одной стороны, восприимчивость системы даже к малым изменениям заданий оператора, а с другой — нечувствительность к случайным колебаниям выходного сигнала ручного задатчика. Опытным путем определено, что эти свойства обеспечиваются при величине времени дифференцирования 0,4 мйн, Из приведенного примера видно, что для операторов, привыкших к регулированию температурй конца кипения ДТЛ по.средством изменейия задания на расход

ДТЛ в системе управления, состоящей из одноконтурных регуляторов, внедрение новой более эффективной системы, автоматически корректирующей расход ДТЛ по многим возмущениям (в данном примере— по восьми), никак не изменяет с точки зрения оператора его вмешательство в процесс регулирования — он, как и раньше, имеет возможность изменять задание на расход

ДТЛ и избавлен от необходимости вычислять величину изменения отношения суммы расходов продуктов к суммарному расходу сырья.

Экономическая эффективность способа

5 создается за счет улучшения его эксплуатационных свойств.

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования

10 выходного параметра объекта управления .: по возмущению на входе, в соответствии с которым измеряют входные возмущающие . - ..воздействия, по известной зависимости от .:.. них in:настроечйого параметра этой зависи15 мости формируют действующее задание на величину регулирующего параметра. измеряют текущее значение регулирующего параметра, сравнивают его с действующим заданием и по рассогласованию изменяют

20 регулирующий параметр, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения оперативности и упрощения регулировзния, вводят задание на величину регулирующего параметра в соответствии с требуемым измене25 нием выходного параметра,:по этому заданию и теку1цим значениям входных возмущающих воздействий по упомянутой зависимости формируют настроечный параметр, измеряют скорость изменения

30 задания, фиксируют отрезки времени, в течение которых эта скорость отлична от нуля, и величину наСтроечного параметра для . упомянутого формирования действующего задания выбирают в конечный момент каж35 дого упомянутого отрезка времени.

1783472

Фи2. 2, 1783472

Составитель В.Лобзов

Техред М.Моргентал Корректор А.Козориз

Редактор Г,Бельская

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

Заказ 4514 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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