Устройство для автоматического управления трубчатой печью

 

ОП ИСАНИНА

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕДЬС2ВУ

Союз Соввтакмк

Ссюетвлмс тмчвсмии

Реслублнм iii874746 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2403.80. (21) 2901512/23-26 с присоединением заявки М ,(23) Прнорнтет— (53 ) М. Кл.

С 10 G 9/20

4 05 О 27/00

Гоеударстатниые комитет во делам изебретеиив и открытий

Опубликовано 23.10.81. Ьтоллетень М 39

Дата опубликования описания 23.10.81 (оЗ) УДК 66.012-52 (088.8) I

В. В. Ажогин, М. 3. Згуровский, В. Д. Романенко, П

В. А. Моргун, Б. И. Ковальский и Б. Ф, Карляк

П: Копте.а,, 1 «@;ôЦ иЛ тРРт д, 71ф®юане® ле. ЪЛаетак4 (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехнический институт им

Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель ! (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧЬЮ

Изобретение относится. к технике автоматического управления процессом нагрева в трубчатой печи и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.

Известно устройство для автоматического уцравления работой многоточной трубчатой печи, содержащее датчики температуры продукта. на выходах змеевиков печи, соединенные через регуляторы с соответствующими клапанами подачи йродукта на входы змеевиков и блоком

t усреднения температуры, выход которого подключен через корректирующий регулятор к задающему входу контура регулирования расхода теплоносителя, содержащего датчик расхода теплоносителя, регулятор и клапан расхода теплоносителя, и к задающим входам регуляторов расхода продукта (1).

Известно также устройство для автоматического управления трубчатой печью, содержащее двтчики измерения температуры продукта на входе, в средней точке и на выходе. печи, датчик измерения расхода исходного продукта и клапан подачи топлива в печь 12).

Недостатком укаэанных устройств является низкая точность регулирования температуры продукта на выходе печи, вследствие того, что для определения расхода теплоносителя, подаваемого в топливную камеру печи, не учитывается температура продукта в пространственных точках вдоль длины печи, которая характеризуется существенным пространственным распределением параметров, и отсутствует компенсация основного возмущения (изменение расхода сырья на входе печи).

Цель изобретения — повышение точности регулирования температу)>ы продукта на выходе печи.

Поставленная цель достигается тем, что оно дополнительно содержит пять сумматоров, три потенцнометра, экспоненциальный блок, блок извлечения квадратного корня, блок умножения, блок компаундирования, функциональный преобразователь, блок расчета конечного значе-. ния управляющего воздействия и эалатчик температуры на выходе печи, при этом датчик расхода исходного продукта через последовательно соединенные первый потенциометр, экспоненци4746

1О

40

3 87 альный блок и блок извлечения квадратного корня подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого через первый сумматор связан с датчиком температуры продукта на входе печи, выход Первого потенциомстра параллельно подключен также к первым входам блоков компаундирования и расчета конечного значения управляющего воздействия, вторые входы которых параллельно соединены с выходом датчика температуры продукта иа входе нечи, выход задатчика температуры параллельно подключен к первому входу второго сумматора и третьему входу блока расчета конечного значения управляющего воздействия, выход которого параллельно связан с третьим входом блока компаундирования, первыми входами третьei.î и четвертого сумматоров и. вторым входом первого сумматора, выход датчика температуры продукта в средней точке печи связан с вторым входом четвертого сумматора, третий вход. которого соединен с выходом блока умножения, выход четвертого сумматора. через второй потенциометр соединен с вторым 1 входом третьего сумматора, выход датчика температуры продукта на выходе печи связан с вторым входом второго сумматора, выход которого через третий потснцнометр подключен к третьему входу третьего сумматора, соединенному своим выходом с первым входом пятого сумматора, выход блока компаундирования связан с вторым входом пятого. сумматора, выход которого через функциональный преобразователь соединен с клапаном подачи топлива в печь.

При этом блок расчета конечного значения управляющего воздействия содержит два сумматора, блок умножения, экспонснциальный блок и блок деления, прн этом выход экспоненциального блока параллельно подключен к входам блока умножения н первого сумматора, O выход которого соединен с первым входом блока деления, второй вход которого связан с выходом второго сумматора, подключенному своим входом к выходу блока умножения.

Кроме того, блок компаундирования содержит три сумматора, блок умножения, два экспоненциальных блока и блок деления, при этом выход первого сумматора связан с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, выход первого экспоненциального блока связан с первым входом второго сумматора, выход второго экспоненциального блока параллельно подключен к второму входу второго сумматора и входу третьего суМматора, выход которого соединен с первым входом блока деления, подключенному своим вторым входом к выходу блока умножения.

При этом функциональный преобразователь содержит четыре потспциометра, два суммато. ра. два блока умножения, при этом выход пер- вого погснциомстра связан с первым входом первого сумматора, выход первого блока умножения параллельно подключен к входам ВТорого потснпиометра и второго блока умножения, выход которого соединен. через третий потенциомстр с вторым входом первого сумматора, подключенному своим третьим входом к выходу второго потенциометра, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого связан с выходом четвертого потенциометра.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фнг. 2 приведена схема блока расчета конечного значения управляющего воздействия; на фиг. 3 — схема блока компаундирования; на фиг. 4 — схема функционального преобразователя.

Устройство (фиг. 1) содержит датчики 1, 2 и 3 измерения температуры продукта, соответ-. ственно, на входе, в средней точке и на выходе печи, датчик 4 измерения расхода исходного продукта, первый. 5, второй 6 н третий 7 потенциометры, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11 и пятый 12 сумматоры, задатчик

13 температуры на выходе печи, клапан 14 подачи топлива в печь, блок 15 расчета конечного значения управляющего воздействия, блок 16 компаундироваиия, экспоненциальный блок 17, блок 18 извлечения квадратного корня, функциональный преобразователь 19 и блок 20 умножеция.

Блок расчета конечного значения управляющего воздействия (фиг. 2) содержит первый

21 и второй 22 сумматоры, экспоненциальный блок 23, блок.24 умножения и блок 25 деления.

Блок компаундирования (фиг. 3) содержит первый 26, второй 27 и третий 28 сумматоры, первый 29 и второй 30 экспоненциальные блоки, блок 31 деления и блок 32 умножения.

Функциональный преобразователь (фиг. 4) содержит первый 33, второй 34, третий 35 и четвертый 36 потенциомстры, первый 37 и второй блоки 38 умножения, первый 39 и второй

40 сумматоры.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с датчика 4 поступают на потснциометр 5, который реализует умножение постунающсго сигнала на постоянный коэффициент

1/$, где S — площадь поперечного сечения трубы входного коллектора.

С выхода потенцнометра 5 сигнал, равный скорости движения продукта Ч, постуЪает на первый вход блока 16 компаунлирования, на первый вход блока 15 расчета конечного значения управляющего воздействия и вход экспо5 874746 ненциального блока 17. Экспоненцнальный блок

17 реализует функцию С = г, 6

На второй и третий входы блока 15 расчета конечного значения управляющего воздействия поступают сигналы, соответственно, с датчика 1 измерения температуры на выходе печи и сигнал задания Т, с задатчика 13.

Блок 15 реализует математическое соотношение . к Ъ д- Т „С (1)

"— гг—

2хТ

Сигнал, равный скорости движения продукта V, поступает на вход экспоненциального блока 23, с выхода которого сигнал С поступает на первый вход блока 24 умножения и первый вход со знаком минус сумматора 21.

На второй вход блока умножения 24 поступает сигнал Т с датчика 1 темпеоатупы íà входе печи, а с выхода блока 24 сигнал Т> С со знаком минус поступает на первый вход сумматора 22, на второй вход которого поступает со знаком плюс сигнал с задатчнка 13.

С выхода втооого сумматора 22 разностный сигнал (Тэд — Т®<. С) поступает на второй вход блока 25 деления, на первый вход которого поступает сигнал (1 — С), сформированный при помощи сумматора 21.

К

С выхода блока 25 деления сигнал Т =, рав-. ный конечному значению температуры в камере теплоносителя, поступает со знаком плюс на первый вход третьего сумматора 10, на выходе которого формируется оптимальный сигнал управления

1 определяющий оптимальное значение температуры в камере теплоносителя через. параметры объекта и измеренные значения температур продукта на входе, в средней точке и на выходе печи.

На входы блока 16 компаундирования поступает, соответственно, сигнал задания на ско-; рость дВИжения продукта Ч5, сигнал с Датчика 1 температуры на входе трубчатой печи Та» и сигнал с выхода блока 15 расчета конечного значения управляющего воздействия Т . Блок ,16 компаундирования определяет корректирующий управляюпмй сигнал йТ(Ч), позволя,ющий скомпенсировать влияние от измерения скорости движения продукта относительно заданного значения ЬЧ = Ч вЂ” ЧВ) на температуру продукта на выходе первой секции печи.

Блок 16 реализует математическое соотношение

1- С В где — основание натурального логарифма;

I — константа для данной печи;

1о — общая длина трубы змеевиков печи;

p — плотность материала продукта;

C> — теплоемкость прои дукта;

26 — соответственно, s ренний и внешний диаметры труб еирьевых змеевиков; и Н вЂ” коэффициенты тепго 1 лопередачи, соответственно от теплоносителя к материалу труб змеевиков

25 и от материала труб к продукту.

С выхода блока 17 сигнал поступает через блок 18 извлечения квадратного корня на первый вход блока 20 умножения. На второй вход блока 13 умножения поступает сигнал с выхо. да первого сумматора 8, определяемый разностью сигналов (Т8,„— Т т ), поступающих, соответ; к ственно, с датчика 1 измерения температуры продукта на входе печи и с выхода блока 15 расчета конечного значения управляющего воз- 35 действия. С выхода блока 20 умножения сигнал, равный (Т - Т. ) ТС ., поступает со к знаком минус на третий вход сумматора И, на первый вход этого сумматора поступает сигнал Тт со знаком минус с выхода блока 15, 4О а на второй вход поступает сигнал Т с датчика 2 измерения температуры в средней точке печи. С выхода сумматора l i сигнал; равный разности между измеренным значением температуры процесса в средней точке и теоре- 45 тическим конечным установившимся значением темпеРатУРы В этОЙ точке гср-(т 4(т т" Ф.)Щ поступает со знаком минус через потенциометр"

6, где умножается на коэффициент k» ма,второй вход третьего сумматора 10. Сигнал Т, измеренный датчиком 3 температуры íà выходе печи, поступает со знаком ллюс на второй вход второго сумматора 9, на первый вход которого со знаком минус поступает сигнал с аадатчика 13 Т, . С выхода сумматора 9 раз55 постный сигнал Т®,1„— Т, со знаком минус поступает через потенциометр 7, где умножается на коэффициент k» на третий вход третьего сумматора 10. опт к (T к„ т T )v ) (т,„-т „), / 87475 где 01(V) — сигнал коррекции по скорости движения продукта;

С -Е

На первый и второй входы сумматора 26 поступают сигналы, соответственно, со знаком плюс с датчика 1 измерения температуры на входы печи и знаком минус с выхода блока 15 расчета конечного значения управляющего воздействия, а с выхода этого сумматора разностк нйй сигнал (T s„— T т ) подается на первый вход блока 32 умножения, на второй вход которого подается сигнал, равный (С вЂ” Ся ), сформированный при помощи экспоиенциальных блоков 29 и 30 и второго сумматора 27. С выхода блока 32 умножения сигнал, равный

К (Т5„- Тт ) (С вЂ” С < )), поступает на второй вход блока 31 деления, на первый вход которого поступает сигнал, равный(1 — Св), сформированный при помощи экспоненциального блока 30 и третьего сумматора 28.

С выхода блока 31 деления корректирующий сигнал hT(V) поступает со знаком плюс на второй вход первого сумматора, где суммируются с оптимальным сигналом управления Т,» > опт подаваемым на первый вход сумматора 12.

С выхода сумматора 12 суммарный сигнал упопт равления Т., подается на вход функционального преобразователя 19, который преобразует оптимальный сигнал температуры в камере тепо т лоносителя T в оптимальный сигнал расхоопт 30 да теплоносителя G q согласно выражению

Оптимальный сигнал температуры в камере теплоносителя подается на вход первого потенциометра 33, первый и второй входы первого блока 37 умножения и вход второго блока 38 умножения. На выходе потенцнометра 33 формируется сигнал а, (Т,. ), который подаетom ся на первый вход первого сумматора 33, на 40 третий вход этого сумматора подается сигнал

orrr а (Т r ), формируемый при помощи блока

37 умножения и потенциометра 34, и на второй вход сумматора 39, подается сигнал аз(Тт ), формируемый при помощи блоков 37 и 38 ум-.

45 ножения и потенциометра 35. С выхода суммаТора 39 сигнал(а, Т "+a<(T )2+с 5.(Т"" ) 1 подается на первый вход второго сумматора 40, где суммируется с сигналом ао, формируемым при помощи потенциометра 36.

С выхода сумматора 40 оптимальный сигнал расхода теплоносителя подается на регулируннций клапан 14, находящийся в магистрали подачи горючего газа в топливную камеру трубчатой печи.

Коэффициенты а, а,, а, аз определяются путем обработки экспериментально полученных последовательностей значений расходов горючего газа и соответствующих значений темпера6 3 рр в камере теплоносителя методом наименьших квадратов.

Предлагаемое устройство отличается высокой точностью регулирования температуры продукта на выходе трубчатой печи и обеспечивает уменьшение времени переходных процессов при переводе температуры на выходе печи из некоторого начального установившегося состояния в заданное конечное и тем самым позволяет значительно повысить качество переработки продукта в последующих за печью установках.

Формула изобретения

l. Устройство для автоматического управления трубчатой печью, содержащее датчики измерения температуры продукта на входе, в средней точке и на выходе печи, датчик измерения расхода исходного продукта и клапан подачи топлива в печь, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры продукта на выходе лечи, оно дополнительно содержит пять сумматоров, три потенциометра, экспоненциальный блок, блок извлечения квадратного корня, блок умножения, блок компаундирования, функциональный преобразователь, блок расчета конечного значения управляяяцего воздейспзия и эадатчик температуры Bs выходе печи, при этом датчик расхода исходного продукта через последователь-. но соединенные первый потенциометр, экспоненциальный блок и блок извлечения квадратного корня подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого через первый сумматор связан с датчиком температуры продукта на входе печи, выход первого.потенциометра параллельно подключен также к первым входам блоков компаундирования и расчета конечного значения управляющего воздействия, вторые входы которых параллельно соединены с выходом датчика температуры продукта на входе лечи, выход задатчика температуры параллельно подключен к первому входу второго сумматора и третьему входу блока расчета конечного значения управляющего воздействия, выход которого параллельно связан с третьим входом блока компаундирования, первыми входами третьего и четвертого сумматоров и вторым входом первого сумматора, выход (тчика температуры продукта в средней точке печи связан с вторым входом четвертого сумматора, третий вход которого соединен с выходом блока умножения, выход четвертого сумматора через второй потенциометр соединен о с вторым входом третьего сумматора, выход датчика температуры продукта на вьгходе печи связан с вторым входом второго сумматора, выход которого через третий потенциометр подключен к третьему входу третьего суммато874746 l0 ключен к вто рому входу второго сумматора и входу третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом б лока деления, цодключенно своим м вторым входом к выходу блока умножения.

4.Устройство поп. 1,отл ичающее с я тем, что функциональный преобразоваа, два сумтель содержит четыре потенциометра а матора, два блока умножения, при этом выход первого потенциометра связа н с первым входом первого сумматора, выход первого блока можения параллельно подключе

У н к входам второго потенциометра и второго блока умножения, выход которого соединен через третий по метр торым входом первого сумматора, подключенному своим третьим входом к вы хо вто рого потенциометра, выход первого сумма то сое ра динен с первым входом второго сумматора, второй вход которого связан с выходом четвертого потенциометра.

9 ра, соединенному своим выходом с пе вхо ом и м с первым д пятого сумматора выход б

7 лока компаундирования связан с вторым в входом пятого сумматора, выход которого через функциональный преобразователь соединен с клапан клапаном подачи топлива в печь.

2. Устройство по п. 1 о т л т л и ч а ю щ ееся тем ч то блок расчета конечного значения управляющего воздействия содержит два сумматора, блок умножения, экспоненциальный блок и блок е е д л ния, при этом выход экспоненциального блока параллельно подключен к входам блока умножения и первого суммато а выхо к д которого соединен с первым входом тора, блока деления, второй вход которого связан с выходом второго сумматора, подключенном своим входом к выходу блока умножения.

3. Уст ройство по и. l, о т л и ч а ю щ ея содере с я тем, что блок компаундирования жит три сумматора, блок умножения, два зкспоненциальных блока и блок д ок деления, при этом выход первого сумматора связан с первым вхо. дом блока умножения, второй вход которог тптнен с выходом второго сумматора о матора, выход первого экспоненциального блок» связан с левым входом второго сумматора выход второ. го экспоненциального блока иараллельно подИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Y 545660, кл. С 10 G 9/20, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР И 529203, кл. С 10 6 9/20, 1974.

874746

Фиа 4

Составитель Г. Огаджаиов

Редактор Н. Даикулич Техред С.Мигунова Корректор М. Коста

Заказ 9258/43 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4