Пневматический дискретный регулято оптимального режима

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к йвтоискомю свидитильству пц 432457

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 22.02.71 (21) 1619467/18-24 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 15.06.74. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 13.II.74 (51) М. Кл. G 05Ь 11/52

G 05b 13/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК 621-525(088.8) (72) Авторы изобретения

П. В. Костогрыз, Ю. П. Русинковский и Г. М. Рыжов (71) Заявитель

Институт газа АН Украинской ССР

ЦПТБ

ФИй и "I (54) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ДИСКРЕТНЫЙ РЕГУЛЯТО

ОПТИМАЛЬНОГО РЕ)КИМА

Настоящее изобретение относится к области управления технологическими процессами в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности и предназначено для оптимального автоматического управления процессами с использованием объективно существующих внутренних связей процесса.

Известные пневматические оптимальные регуляторы обеспечивают поиск экстремума или с недоходом справа или слева к нему.

Основные недостатки их выражаются в наличии непрерывных колебаний у экстремума, зона которых для ряда процессов превышает допустимую величину.

Предложенный пневматический дискретный регулятор оптимального режима, содержащий блок интегрирования, подключенный к выходному каналу, блок ограничения и блок генератора-импульсатора, в отличие от известных содержит устройство регулирования соотношения с дроссельной приставкой, повторителем, сумматором и операционным усилителем, повторители с положительным и отрицательным сдвигом, два противофазно включенные элементы сравнения, одни из управляющих камер которых через повторители с положительным и отрицательным сдвигом соединены с выходом операционного усилителя устройства регулирования соотношения, а другие управляющие камеры — с выходом, противофазным выходу операционного усилителя, сумматора устройства регулирования соотношения, пневмореле, включенное по схе5 ме «ИЛИ» и соединенное с выходами противофазно включенных элементов сравнения, один из которых подключен к выходу блока ограничения, и ячейку непрерывной памяти, управляющая камера которой соединена с

10 выходом пневмореле, а камера запоминания и выход соединены соответственно с выходом блока генератора-импульсатора и входом блока интегрирования. Кроме того, камеры задания уровня сигнала выхода сумматора и

15 операционного усилителя устройства регулирования соотношения соединены через повторитель с камерой дистанционного задания коэффициента соотношения дроссельной приставки. Благодаря такой конструкции повы20 шается надежность и улучшаются динамические характеристики устройства.

Принципиальная схема регулятора представлена на чертеже. Обозначения сигналов, поступающих на входы и выходы регулятора:

25 Р, Рте — параметры соотношения (вход);

Р, — задание коэффициента соотношения;

Р„„Р,-, — заданное и текущее значение коэффициента соотношения; Р» командный сигнал отключения регулятора; Р; — управляюЗ0 щий сигнал (выход регулятора); Р«, Р«з—

432457 параметр нижнего ограничения и его задание;

Ров Рова — параметр Верхнего ограничения и его задание; P — сигнал третьего ограничения.

Пневматический дискретный регулятор оптимального режима предназначен для автоматического поддержания заданного оптимального режима процесса. Оптимальныи режим задается коэффициентом соотношения двух целевых противоречивых параметров процесса Р < и Р,,2, величина которого устанавливается по принятому локальному или внешнему критерию оптимальности.

Регулятор реализуется на пневматических элементах УСЭППА и состоит из блока 1 соотношения и управления выходом регулятора, блока ограничения II, блока генератора-импульсатора Ш и блока интегрирования IV.

Блок I обеспечивает получение непрерывного сигнала рассогласования между тскущим и заданным коэффициентом соотношения и формирование двух дискретных сигналов управления выходом регулятора Р,. и состоит из пропорциональной и дискретной частей.

Пропорциональная часть его выполнена на двух дроссельных сумматорах 1, 2, задатчике 3, регулируемом дросселе 4, повторителе со сдвигом 5, постоянных дросселях и двух элементах сравнения 6, 7 с дроссельным сумматором 8. Элементы соединены по схеме регулятора соотношения, в которой отсутствуют интегральная часть, усилитель мощности и отключающее реле, а на вход элемента 1 дроссельной приставки и в камеры задания уровня сигнала выхода элементов сравнения

6 и 7 через повторитель 8 подается уменьшенный на P сигнал задания коэффициента соотношения Р„. Это позволяет выполнять контроль заданного (Р„,=Є— Р) и текущего (Р„) значений коэффициента соотношения и градуировку шкалы измерителя. Элементы 1, 2, 3 и 4 схемы выполняют функции дроссельной приставки соотношения, элемент 7 — сумматора, 7 и 8 — операционного усилителя.

Величина коэффициента соотношения К=

Р1 Кд = — задается изменением проводимоУ2 1 сти регулируемых сопротивлений: в 2 один раз для настройки К2 вручную при градуировке измерителя К, и Кз с дополнительной подстройкой 4, а в 1 для настройки К1 — дистанционно изменением Р„. Коэффициент соотношения может настраиваться в пределах 0,1—

10. Соответствие требуемого коэффициента соотношения целевых параметров (показатеРу1 1 лей) К= ) задаваемому (Кз) давлением

PÄ)

Р, проверяется равенством (Р = Р 2) давлений выхода с элементов 1 и 2 или равенством (Р„,=Р„,) давлений выхода с повторителя 5 и элемента сравнения 6, так как в

I элементе сравнения 6 Ру> и Руг уравновешивают друг друга, а уровень Р„, пропорционален разной, но постоянной для фиксирован5

4 ных положений регулируемых сопротивлений величине К

Выходы сумматора (элемента сравнения 6)

Р1 и операционного усилителя противофазны, изменяются при изменении текущего коэффициента соотношения (К,) около уровня сигнала Р,;„пропорционального К>, и используются для выработки управляющих сигналов шаговым приращением выхода регулятора Р, Коэффициент усиления в операционном усилителе выбирается таким, чтобы незначительные отклонения К, от Кз вызывали между Р1 и Р2 рассогласования, превышающие зону нечувствительности элементов регулятора. Это позволяет повысить точность регулирования соотношения, а устойчивость процесса регулирования при этом сохраняется, так как значительно усиленный сигнал рассогласования отрабатывается шаговыми добавками, оптимальная величина и частота воздействия которых определяется для каждого объекта.

Настройка САР значительно упрощается, так как для этого необходимо определение только зоны нечувствительности и времени переходного процесса по регулирующему каналу.

Дискретная часть блока 1 выполнена на двух повторителях 9, 10 с положительным и отрицательным сдвигом, двух элементах сравнения 11, 12, пневмореле 13 и ячейке непрерывной памяти 14; управляющие камеры элементов сравнения ll, 12 через повторители 9, 10 соответственно соединены с выходом операционного усилителя (7, 8), а другие управляющие камеры — с выходом сумматора (элемента сравнения) 6; выходы элементов сравнения 11, 12 через реле 13, включенное по схеме «ИЛИ», соединены с управляющей камерой ячейки непрерывной памяти 14, камера запоминания которой соединена с выходом блока Ш, а выход — с управляющими камерами ячеек непрерывной памяти 15, 16 блока интегрирования IV. Кроме того, вход элемента сравнения 11 соединен с блоком ограничения II.

Блок I на выходе имеет два дискретных сигнала: P — обеспечивает выбор направления шаговой добавки к выходу регулятора Р„ (+ или — ); Р; — выполняет реализацию или задержку ее, если изменение регулируемой величины (коэффициента соотношения) не превышает заданной зоны стабилизации (2V)»

Зона стабилизации 2у, в пределах которой выход регулятора не изменяется, настраивается повторителями со сдвигом в 9 — т, в 10

+у от условного нулевого уровня сигнала, задаваемого Р„,. Ширина задания зоны стабилизации в первую очередь зависит от общей нечувствительности элементов измерителя и регулятора, а также от требований ведения процесса.

Блок ограничения 11 обеспечивает реверс сигнала Р,, если другие параметры при следовании регулируемой величины к заданным условиям процесса достигают значений выше или ниже допустимых. Он состоит из эле432457

65 ментов сравнения 17, 18, пневмореле 19, 20 и задатчиков 21, 22 с постоянными дросселями: элемент сравнения 18 совместно с пневмореле 19, 20 работает на верхнее и третье ограничение, а элемент сравнения 17 — на нижнее. Величина ограничения задается соответствующими задатчиками 22, 21.

Генератор-импульсатор III создает равномерно чередующиеся импульсы давления (0,1;

Π— атмосферное, 1 — давление питания. равное 1,4 ат) и состоит из элементов сравнения

23, 24 емкостей, регулируемых дросселей и отключающего пневмореле 25, которое управляется давлением Р,, поступающим от вторичного прибора при установке его в промежуточное положение (Ручное — Автомат) .

Продолжительность импульса Р,=0 и P„=l настраивается соответственно дросселями этого блока.

Блок интегрирования 1Ч по командам блока соотношения и управления формирует и выдает на исполнительный механизм выходной сигнал регулятора Р, и состоит из повторителей со сдвигом, включенных с +ЛР, — 26 и — ЛР, — 27, ячеек памяти 15, 16, повторителя 28, обеспечивающего подключение по команде Р, выхода повторителя (27 или 26) ко входу ячейки памяти 16, постоянных дросселей, выключающего реле 29 и усилителя мощности 30 со следящим устройством 31.

Обе ячейки памяти 15, 16 управляются сигналом Рп. ячейка 16 обеспечивает задержку на такт, а ячейка 15 формирует сигнал выхода регулятора Р, -ЛР,. Надежную переда i выхода по трассе обеспечивают элементы 3l.

30, а отключение регулятора — элемент 29 по команде Р,, Заданные установившиеся условия протекания процесса могут нарушаться изменениями входных переменных. Эти изменения через внутренние связи постоянно передаются на выход, вызывая отклонение двух выходных противоречивых параметров процесса. Измеряемые противоположные отклонения их используются регулятором для формирования управляющего сигнала, который принудительно изменяется на величину шага +- ЛР и вызывает изменение входного основного параметра (параметров), имеющего ббльшую степень влияния на ход процесса, чем входные нерегулируемые переменные. При этом компенсируются отклонения режима процесса, что уменьшает разбаланс между текущим и заданным соотношением противоречивых параметров Ру> и Р,-2. Пневматические сигналы, пропорциональные Ру и Р, от измерительных приборов поступают на вход дроссельной приставки соотношения, на выходе

Г которой формируются давления: Руi = (Р,i— — 0,2) К1, Ру2 =(Р— 0,2).К, где К1 и К— заданы проводимостью переменных сопротивлений в 1 и 2. Оба давления воздействуют на мембранные блоки сумматора 6 и операционного усилителя 7, выходные давления кото

15 г0

f

pblx pBBHbl: Р1=Ркз (Ру1 Ру2 ), Р2 Ркз+

I Р

+- (Ру1 Р y2) . Kn, где Kn — настраивается регулируемым сопротивлением в 8. Давления

Р, Р» — у и Р1, Р, +у непрерывно поступают соответственно в управляющие камеры элементов сравнения 11 и 12, формирующие исходныс дискретные (0,1) сигналы направления выхода регулятора и выдачи шаговой добавки.

Равновесие в пропорциональной части блока 1 наступает, когда между выходными параметрами процесса выдержано заданное давлением Р,, соотношение, так как при этом

Ру — — Рр. Следовательно, при Кт=Кз — имеется равенство P — — Р2= ,,— ог к, кэ - кт.

Равновесие нарушается при К Ф Кп. Если

К,) Кл, то PyI )P y2, à Pt) P2 и наоборот

Ру| (Pуг, а Р (Р, если К,(К . В первом случае, когда Р1)Р», íî P,)Р+у давление выхода элемента 11 Р; О, а элемента 12—

Г

Р, =1, так как опи включены в противофазе. Во втором случае. когда P2)P, но

Р (Р— у; с элемента 11 Р,=l, а с элемента 12 Р,,=О. Давление Р„поступает в

1 блок ограничения II и совместно с P„является входом пневмореле 13, выходное давление P которого управляет выходом ячейки памяти 14 и повторяет равномерно чередующиеся импульсы генератора-импульсатора, т. е. Рг=Р,,=О или 1. При уменьшении разбаланса Pi — P или Р2 — P в момент, когда

Р (Р +, но Р ) Р, выход элемента 12 сменит 1 на О или Р—. (Рь но Р2)Р выход элемента 11 сменит 1 на О. Как в первом, так и во втором случаях выход пневмореле

13 сменит 1 на О, так как при этом Pn=Pà =

=О. Поскольку Р=О командное давление Рь ячейки памяти 14 постоянно повторяет О или

1, запомненные в камере запоминания давлением большого подпора (0,8 ат), т. е. Ро=О или Po= I.

Если текущее значение параметра нижнего ограничения Р„, выше его задания Pom а текущее значение параметра верхнего ограничения Р„ниже его задания РОД3 и параметр третьего ограничения отсутствует, то сигнал

Р,„проходит в управляющую камеру пневмореле 28. Нарушение ограничений приводит к реверсу сигнала Р,,: с Р—— 1 на Р,=О при нарушении нижнего ограничения и с Р,=О на Р,= l при нарушении верхнего ограничения или наличии третьего ограничения.

Если Р„=О то под действием малого подпора (0,4 ат) пневмореле 28 соединяет выход повторителя 27, равный P,=ЛР,, с камерой запоминания ячейки памяти 16. Если генератор-импульсатор подключен. а Р =О, то сигнал P.; ЛР,- пройдет в камеру запоминания и повторения ячейки памяти 16, повторится

:.а выходе и пройдет в камеру запоминания

432457

7 ячейки памяти 15, но в камеру повторения не пройдет, так как вход в псе перекрыт большим подпорам. На выходе ячейки памяти 15 в это время повторяется запомненное за предыдущий шаг давление Р»-, которое через усилитель со следящим устройством и выключающее реле поступает на выход регулятора и одновременно на входы повторителей

26, 27. На выходе последних к нему прибавляются соответственно — ЬР»- и +КР,, Выход регулятора изменяется при смене сигнала с

P г,=0 на Рд=1. Давление Р,- — AP» запоминается в ячейке памяти 16 одновременно и поступает в камеру повторения ячейки памяти 15, выход которой уменьшается на — ЬР,-.

Поскольку выход ячейки памяти 15 соединен со входами повторителей 26, 27, выходы которых изменяются соответственно на — ЛР» и +АР», то в камеру запоминания ячейки памяти 16 придет давление Р,— AP»+ЬР». Процесс повторяется при смене Pg= 1 на Р;=О.

Принудительное уменьшение регулирующего параметра осуществляется до тех пор, пока

Р— Р ) у при Р ) Р, т. е. пока Р,, =О, Р, =1, à P=l. Когда P — Р (у, но еще

P <)Р сигнал Р, =1 станет Р, =0. Это приводит к смене P=l íà P=O и сигнал Рп станет равным 0 или 1 и останется, как и выход регулятора, постоянным — процесс находится в зоне стабилизации.

Регулятор аналогично работает. если

P )Pi, но выход его увеличивается па каждый шаг íà +AP» до тех пор, пока Р=Р у.

Когда P — Pi(y, но еще P )Pi сигнал Р,=l станет Р„=О. Это приведет к смене знака

Р=l на Р=0 — процесс также войдет в зону стабилизации.

Таким образом, регулятор, принудительно изменяя шаговыми добавками значение входного основного параметра (параметров), ооеспечивает возвращение процесса в зону ста8 билизации, т. е. к заданным оптимальным условиям протекания процесса.

Предмет изобретения

3 1. Пневматический дискретный регулятор оптимального режима, содержащий блок интегрирования, подключенный к выходному каналу, блок ограничения и блок генератораимпульсатора, отличающийся тем, что, 10 с целью повышения надежности и динамических характеристик устройства, о» содержит устройство регулирования соотношения с дроссельной приставкой, повторителем, сумматором и операционным усилителем, повто1S рители с положительным и отрицательным сдвигом, два противофазно включенные элемента сравнения, одни из управляющих камер которых через повторители с положительным и отрицательным сдвигом соединены с выходом операционного усилителя устройства регулирования соотношения, а другие управляющие камеры — с выходом, противофазным выходу операционного усилителя, сумматора устройства регулирования соотноше2g ния, пневмореле, включенное по схеме «ИЛИ» и соединенное с выходами противофазно включенных элементов сравнения, один из которых подключен к выходу блока ограничения, и ячейку непрерывной памяти, управляю3Q щая камера которой соединена с выходом пневмореле, а камера запоминания и выход соединены соответственно с выходом блока генератора-импульсатора и входом блока интегрирования.

2. Регулятор оптимального режима по п. 1, отличающийся тем, что камеры задания уровня сигнала выхода сумматора и операционного усилителя устройства регулирования соотношения соединены через повтори4О тель с камерой дистанционного задания коэффициента соотношения дроссельной приставки.

432457

Составитель О. Поваго

Техред Л. Акимова

Корректор Т. Хворова

Редактор Н. Белявская

Типография, нр. Сапунова, 2

Заказ 2925/7 Изд. Ма 1735 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Ииннстров СССР по делам изобретений н открытий

Москва, 3(-35, Раушская наб., д. 4/3