Устройство для регулирования уровняжидкости b емкости

 

Союэ Советскнк

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ИТИЗЬСТВУ

>и>830332 (61) ДополнительнОе к авт. саид-ву 9723527 (22) Заявлено 1604.79 (21) 2752925/18-24 с присоединением заявки М9 (23)приоритет

Опубликовано 15.05.81. Бюллетень N9 18

Дата опубликования описания 15.8 М1 (51)PA. Ку 3

G 05 0 9/12

Гоеуяафственкыя комнтет

СССР яо делам изобретеннй к открытия (53) УДК (088.8) (72) Авторы иэобретенмя й.A.Áoðèñîâ и 1 .В.Иокрый донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

В ЕМКОСТИ

Изобретение относится к автоматическому регулированию уровней в емкостях (пульпосборниках) по притоку жидкости (гидросмеси) из забоев гидрошахт и может быть использовано в многоступенчатых гидротранспортных перекачных системах, в гидротехнических сооружениях и системах водоснабжения для каскадного регулирования уровней гидросмеси или воды с целью обеспечения заданного среднего расхода при переменном случайном притоке на входах .в транспортную сис. тему.

По основному авт.св. 9723527 известно устройство для регулирования уровня жидкости в емкости, которое содержит датчик расхода, датчик уровня в емкости и задатчик верхнего и нижнего уровней, соединенные соответственно с первыми и вторыми входами первого элемента сравнения, выход которого соединен с блоком управления, связанным с регулирующим органом, а также усреднитель, эадатчик расхода, второй элемент сравнения, корректор и блок прогноза, выход которого соединен с первым входом задатчика расхода, второй вход которого через усреднитель подсоединен к выходу датчика расхода, а первый и второй входы второго элемента сравнения соединены соответственно с выходами усреднителя и эадатчика расхода, а выход — с первым входом корректора, второй вход которого соединен с выходом датчика уровня, а выход - с третьим входом первого элемента сравнения f1).

Однако при аварийных режимах, в случаях сбоев работы установок гидросистевяа, резкого изменения условий выемки полезного ископаемого, появляется резко случайная непредсказьвае15 мая составляющая прн прогнозировании притока, снижающая точность прогноза (упреждения) и вызывающая погрешность регулирования среднего расхода только по прогнозному режиму

20 данным устройством. Цель изобретения — повыаение точности и надежности и, следовательно, повышение производительности гидро транспортной системы путем введения

25 дополнительно корректирующего канала регулирования уотавки уровня по текущему состоянию в транспортной системе о действительном притоке.

Поставленная цель достигается

30 тем, что в устройство для регулнро-, 830332 вания уровня жидкости в емкости. введены блок переключения режимов, последовательно соединенные блок запаздывания, интегратор и третий элемент сравнения, а также четвертый . элемент сравнения, причем второй элемент сравнения подключен к корректору через блок переключения режимов, :второй вход которого соединен с выхо дом четвертого элемента сравнения, второй вход .третьего элемента сравне- о ния подключен к выходу ус реднения, а выход — к третьему входу блока переключения режимов, первый вход четвертого элемента сравнения соединен с выходом интегратора, а второй вход — c другим выходом блока прогноза, причем вход блока запаздывания подключен к выходу сумматора.

Па фиг. 1 представлена блок-схема. предлагаемого устройства, на фиг. 2 — графики прогнозного и дейст- 2О вительного притоков и пояснения для формирования среднего опорного притока на расчетном интервале управления по прогнозному притоку в нормальном. режиме; на фнг. 3 — формирование 25 среднего опорного притока на расчетном интервале по мгновенному действительному притоку. при аварийчом режиме.

Устройство содержит датчик 1 рас- 3п хода, состоящий из датчиков 2-4 притоков, сумматор 5, усреднитель б, блок 7 запаздывания, интегратор 8, первый элемент 9 сравнения, второй элемент 10 сравнения, блок 11 прогноза, блок 12 переключения режимов, третий элемент 13 сравнения, задатчик 14 расхода, корректор 15, блок

16 управления, регулирующий орган

17, датчик 18,уровня в емкости, задатчик 19 верхнего и нижнего уров - . ней, четвертый элемент 20 сравнения, пульпосборник 21.

Устройство выполняется в виде отдельного блока и устанавливается на перекачных ступенях гидротранспорт- 45 ной системы, сопрягаясь через дополнительные входы с локальной системой стабилизации уровня.

Датчики притоков представляют собой стандартные датчики расходов 50 (уровней) гидросмеси в желобах и работают на объемно-весовом принципе.

Программный график составляется на основании статистических данных работы забоев или рассчитывается путем прогнозирования по предыстории процесса на расчетный интервал и закладывается в прогнозную модель 10, как программа работы.

Расчетный интервал управления ьсо (см.фиг. 2 и 3) разбивается на два интервала: интервал регулирования

btp, за который инерционная система пульпосборников может быть переведена из одного состояния по уровню в другое заранее по ожидаемому прогноз- 65 ному или действительному притоку, и интервал упреждения Ь, за который можно вычислить по программному графику прогноз притока гидросмеси для компенсации отклонения его от среднего заданного притока, путем накопления или расходования заранее на интервале регулирования rltp запасов гидросмеси (уровней) в пульпосборниках в зависимости от того, ожидается увеличение или уменьшение прогнозного притока.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные действительному притоку, поступают непрерывно (либо периодически с фиксированной частотой опроса) от датчиков 2-4 на соответствующие входы сумматора 5, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный суммарному действительному притоку

Qq(t) на текущий момент времени t (Фиг. 2 и 3), и поступающий одновременно pJIR преобразования в основной и корректирующий каналы устройства.

В основном канале по этому сигналу в усреднителе б вычисляется средний за интервал C дейсвительный приток 00 . Интервал времени г численно равен времени движения гидросмеси от забоев по открытым каналам (желобам или трубам). Средний приток аккумулированный в транспортных желобах (трубах) и движущейся к пульпосборникам в течение времени З, может быть точно определен на время

С вперед интегрированием текущего притока Q (t) от датчиков, начиная с момента времени е = С . Приток

Q принимается за . средний регулировочный приток Qp (фиг. 2 и 3) на всем интервале регулирования gtp, начиная с момента регулирования tp

Использование текущего действительного притока Q<(t) за время С для вычисления Qp на интервале регулирова» ния atp значительно повышает точность работы устройства по сравнению с вычислением Q> на этом же интервале регулирования по программному графику (фиг. 2 и 3).

В корректирующем канале выходной сигнал сумматора 5 воспроизводится блоком 7 запаздывания только со сдвигом на время t . .A дальше для устранения влияния высокочастотных помех в канапах связи на сигналы датчика

1 расхода и сглаживания пульсаций мгновенных значений сигнала притока

Я (t), выходной сигнал блока 7 запаздывания усредняется интегратором 8, выполняющим роль сглаживающего фильтра, на небольшом интервале времени

Причем интервал d выбран намного меньше интервала усреднения Y „ т.в.

g cc Ñ

Таким образом, параллельно с формированием среднего регулировочного

8ЗОЗЗг притока Q на выходе усреднителя 6 основного канала, на выходе интегратора 8 корректирующего канала формируется сигнал, пропорциональный суммарному действительному мгновенному притоку Q>(t) на момент времени т.е. 0, (t> ) i Q< конца интервала регулирования dtp = Г + Ю, который поступает одновременно на входы элементов 13 и 20 сравнения. A сигнал, пропорциональный прогнозному мгновенному притоку, на тот же момент времени t)g, т.е. Q>(t> .)

Qмп, поступает с первого выхода

1блока 11 прогноза на второй вход элемента 20 сравнения, на выходе которого формируется сигнал отклоне- 15 ния действительного мгновенного притока Ц„„ от прогнозного мгновенного притока Q „, и который поступает на управляющйй вход логического блока

12 переключения режимов, определяя 2{) его работу.

В нормальном режиме (фиг.2), когда не наблюдается отклонений действительного притока Q (t) от прогнозного Оя.(с), в момент времени t>z сум- с марный действительный мгновенный приток О ., поступающий с интегратора 8, и мгновенный прогнозный приток Я,щ„— от блока 11 прогноза - равны, и сигнал отклонения а0 у на выходе элемента 20 сравнения отсутствует, т.е. а = а„„и aQ> - Q - а„„= 0. При управляющем сигнале йо нулевого (или близкого к нему) уровня блок 12 подключает основной канал на вычисление корректором 15 уставки по

35 уровню в нормальном режиме. .В этом случае сигнал, пропорциональный притоку Яр, поступает на первый вход задатчика 14 расхода, на второй вход которого со второго 40 выхода блока 11 прогноза поступает сигнал за интервал упреждения at>z сигнал, пропорциональный прогнозному -притоку Q>@, прогнозируемый с момента упреждения „й на интервал -45

attn (Фиг.2) .

По действительному регулировочному притоку Qp и прогнозному упрежденному притоку Q>> в задатчике 14 расхода вычисляется среднесглаженный на расчетном интервале at© фйp + at GIIopHHA TIpHTOK Q, который при исправной работе устройства численно равен заданному среднему расходу транспортной систе- . мы. Далее сигналы с выходов усреднителя 6 и задатчика 14 расхода, соответственно пропорциональные среднему действительному регулировочному притоку Яр и опорному притоку Q поступают соответственно на первйй . Я и второй входы.элемента 10 сравнения, на выходе которого формируется сигнал отклонения среднего действительного притока Q от опорного притока О.оя °

При равенстве Q p = Qce клонения gQ на выходе элемента 10 сравнения отсутствует, т.е. AQ4 О.

В этом случае блок 16 управления поддерживает уровень в емкости (пульпосборнике) 21 в пределах верхнего и нижнего граничных его значений h<» установленных задатчиком 19 уровня.

Так как на обоих интервалах, Регулировочном dt> и прогнозном ьС, одинаковые притоки = Юод, система работает с расходом, близким к заданному, и нет необходимости на интервале dСp, начинаЯ с момента с . накапливать или расходовать запас (уровень) жидкости (гндросмеси) .

В случае, если действительный приток Qp на интервале дtp значи гельно превышает опорный на интервале Асо (когда ожидаемый приток мал) (фиг.г, на выходе элемента 10 сравнения появляется положительное значение сигнала отклонения EQ< = Qp - О. „70, поступающее через соответствующий коммутирующий вход логического блока 12 переключения режимов на первый вход корректора 15, на второй вход которого поступает текущий сигнал h с датчика 18 уровня, пропорционал»ный имеющемуся уровню в емкости (пульпосборнике) 21. По сигналам отклонения dQ Ъ 0 и h a корректоре

15 вычисляется значение уставкн верхнего уровня для накопления запаса жидкости (гидросмеси) в емкости (пульпосборнике), который своим выходом. подключен к корректирукщему входу элемента 9 сравнения, который связан с блоком 16 управления, управляющий регулирующим органом 17, установленном на сливе жидкости (гидросмеси) из емкости 16. уставка верхнего уРовня в пульпо" сборнике рассчитывается в этом случае таким образом, чтобы за интервал заранее к моменту t><, когда прогнозный приток Q станет малым и придется остановить систему, превышение действительного притока aQ< иад опорным %оп накапливается в виде запаса (уровня3 в емкости (пульпосборнике) с тем, чтобы последующее время at, начиная с t система так же работала при притоке, равном опорному (}„„- Я „ + Щ„, т.е. с заданныи расходом.

В случае, если действительный регулировочяый приток QP на интервале регулирования atp меньше опорного ф@р, рассчитанного для интервала

Мо (когда ожидаемый прогнозный приток велик), после сравнения О на выходе элемента 13 сравнения появляется отрицательное приращение Ь()„ О, По сигналу АЯ„ 0 и текущему сигналу уровня h аналогичным образом, зара нее, начиная с момента tp, корректором 15 вычисляется уставка hp нижйего уровня, и происходит опорожнение

830332 требуемой части емкости (пульпосборника) для приема излишков жидкости ,(пульпы) величиной aQ на интервале упреждения i,, когда приток станет большим, а pac:сод транспортной системз по-прежнему должен оставаться равным среднему заданному.

В аварийном режиме (фиг. 3), когда наблюдаются Резкие и большие отклонения действительного притока

Qq(t) от прогнозного Qq(t) (утечки иЛи забутовки в желобах, порывы в водоводном ставе, снижение давления у монитора в забое и т.п.), в момент времени tyq на выходе элемента 8 сравнения появляется сигнал отклонения мгновенного прогнозного притока (5 ф„щ от мгновенного действительного

Ящ, т.е. дЮ-3 . Q Ä- ) Л О, по команде которого блок 12 отключает основной канал и подключает корректирующий, переводя работу устройства Щ на вычисление уставки по действующему, возмущению.

В этом случае в качестве среднего прогнозного притока Q „ Q ä принимается мгновенный действительный 5 йриток Я„, в момент В,О (фиг.З), так как наиболее вероятно, что сохраняется после момента с п некоторое время, равное àtgt, до устранения неисправности в забоях или на транспортной линии (каналах)..

Действительный регулировочный приток Яр здесь вычисляется как обычно ..в нормальном режиме усреднителем 6, .;а среднесглаженный опорный приток

Qt,< теперь не вычисляется, потому что вместо него берется значение при» тока Q >z с выхода интегратора 8, поскоЛьку интервал atp и дс з.

Поэтому сигнал мгновенного действительного притока 0, выполняющий 40 роль опорного притока О „ на расчетном интервале управления at, срав-. нивается со средним действительным регулировочным притоком Q в элементе

13 сравнения. При превыше ни прито- . 45 ком Яр величины притока Q „ Ц на выходе элемента 13 сравнейия появляется сигнал отклонения aQ < Q> - a

-. Q «О, который через соответствующий коммутирующий вход блока 12 5{) поступает.на первый вход корректора

15. По сигналам отклонения gQ< ъ О и текущего уровня h s корректоре 15 вычисляется уставка-настройка на, аварийный режим по притоку повышения уровня за интервал М и накопления запаса жидкости (пульпы) в емкости, заранее к моменту „„ прихода малого действительного притока, равного

Явд Q, чтобы последующее spew

at>< расход .в транспортной системе .dO сохранился равным опорному, т.е. заданному расходу.

При устранении неисправности в забоях или на транспортном участке и совпадений действительного притока 65 й

Ю с программным притоком Q ù сигнал отклонения aQ + на выходе элемечта 9 сравнения станет равным нулю и блок 12 отключает корректирующий канал и вновь подключает основной канал на вычисление уставки в нормальном режиме по программе, описанной выае.

Таким образом, от начала включения устройства регулирования уровня в работе, оно управляет запасами гидросмеси (уровнями) по притоку, заранее .вычисляя на повышение уровня, если ожидается (прогнозируется) падение притока, и на понижение, если ожидается его увеличение, обеспечивая этим саьым с достаточной точностью сглаживание колебаний притока гидросмеси и непрерывный заданный расход в гидросистеме.

В многоступенчатых гидротранспортНых системах и системах водоснабжения устройства регулирования уровня включаются по каскадной схеме, когда расход предыдущей ступени является притоком к последующей, а устройство выполняет функции, аналогичные описанным.

Использование в устройстве корректирующего канала для вычисления уставкн уровня повышает точность peryлировання уровня и заданного расхода в системе, так как снижает составляющие погрешности, обусловленные влиянием трудно предсказываеваюх притоков, вызванных сбоями и аварийными явлениями. В результате снижаются дополнительные затраты энергии, на стабилизацию колебаний расхода в гидросистеме. Кроме того, система в целом обеспечивается инвариантностью (с точностью до ошибки преобра" эования сигнала: К- инвариантность) по возмущению, что увеличивает сферу использования устройства.

Формула изобретения

Устройство для регулирования уровня жидкости в емкости по авт.св.

9723527, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности устройства, оно содержит блок переключения режимов, последовательно соединенные блок запаздывания, интегратор и третий элемент сравнения, а также четвертый элемент сравнения, причем второй элемент сравнения подключен к корректору.через блок переключения режимов, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента сравнения, второй вход третьего элемента сравнения подключен к выходу усреднителя, а выхоД - к третьему входу блока переключения режимов, первый вход четвертого элемента сравнения соединен с

830332

10 выходом интегратора, а второй входс другим выходом блока прогноза, причем вход блока запаздывания под: ключен к выходу сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизв

1. Авторское свидетельство СССР

9723527, кл. G 05 D 9/12, 1978.

830332

Составитель Л1.Цаллагова

Редактор М.Погориляк Техред A. Бабинец Еорректор A.Ððêöåíêî ф »« » аю»»«»«« «

Заказ 3789/86 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ государственногс комитета СССР по делам изобретений и открытк»

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

Ф»

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектнан, 4