PL95600B1 - Urzadzenie do automatycznego sterowania stacj ia wody,zwlaszcza wymiennikow i filtrow - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 20.07.1978 95600 MKP G05d 21/00 C02c 1/18 BOld 35/12 Int. Cl.2 G05D 21/00 C02C 1/18 B01D 35/12 CZYTELNIA idu ra>s»U»ejQO Twórcy wynalazku: Janusz Ciborski, Tadeusz Karasek, Jan Barlii Uprawniony z patentu: Biuro Projektów Gospodarki Wodno-Sciekowej PROSAN, Warszawa (Polska) ski - Urzadzenie do automatycznego sterowania stacji uzdatniania wody, zwlaszcza wymienników i filtrów Przedmiot wynalazku dotyczy urzadzenia do au¬ tomatycznego sterowania stacji uzdatniania wody, zwlaszcza wymienników i filtrów takich, jak wy¬ mienniki amonitowe, sodowe, dwujonitowe, wodo¬ rowe oraz filtry wodne, sorbcyjne i inne.

Znane uklady automatyki, stosowane do stero¬ wania procesami przemyslowymi pracuja zwykle w otwartej lub zamknietej petli regulacji.

Otwarte uklady regulacji, dzialajace z wykorzy¬ staniem techniki analogowej lub cyfrowej, jak to szczególowo omówiono przykladowo w patencie USA nr 3.629.845, udzielonym w dniu 21.12.1971 r., . na rzecz firmy Hewlett-Packard Company, wyma¬ gaja recznego sterowania procesem za posredni¬ ctwem operatora, który obserwujac przebieg i wiel¬ kosci parametrów procesu, oddzialywuje na warto¬ sci zadawane.

Uklady regulacji, dzialajace automatycznie w zamknietej petli sprzezenia zwrotnego reguluja wielkosc zadana w sposób ciagly lub pracuja we¬ dlug uprzednio zadanego programu i nie wymaga¬ ja posrednictwa operatora.

Znane sa równiez uklady automatyki, które nie wymagaja ciaglej regulacji wielkosci zadanej pro¬ cesu, stosowane przykladowo do napelniania zbior¬ ników i sa realizowane zazwyczaj przy pomocy zawodnych elementów konstrukcyjnych, w wyko¬ naniu przystosowanym do indywidualnych obiek¬ tów przemyslowych. 2 Rosnace zapotrzebowanie przemyslu na stacje uzdatniania wody wymagaja nowoczesnych, nieza¬ wodnych rozwiazan do automatycznego sterowania procesami regeneracji urzadzen wykonawczych do wykorzystania w skali szerszej, niz jednakowe wy¬ konanie tych obiektów.

Urzadzenie do automatycznego sterowania perio¬ dycznymi procesami regeneracji dowolnego typu wymienników i filtrów, stanowiacych podstawowe urzadzenia wszystkich stacji uzdatniania wody, spelnia wyzej postawione cele.

Stanowi je uklad polaczen, zawierajacy generator sygnalów taktujacych, polaczony poprzez uklad su- macyjny i cyfrowy uklad zliczajacy z ukladem kombinacyjnym, przeksztalcajacym sygnaly z kodu binarnego na inny wybrany kod. Wyjscia ukladu kombinacyjnego sa polaczone z wejsciami zespolu elementów wykonawczych, sterujacych procesami regeneracji urzadzen stacji. Przerwanie tych pro¬ cesów realizuje zespól ukladów sterowania zakon¬ czeniem cyklu roboczego polaczony z wejsciem ukladu sumacyjnego, przy czym pomiedzy wyjscia¬ mi ukladu zliczajacego a wejsciem generatora syg¬ nalów taktujacych jest wlaczony blok przerywania programu czasowego, który w stanie koincydencji sygnalów odpowiadajacych cyklowi pracy urzadzen stacji, nie wymagajacym ich sterowania w funkcji czasu i okreslonym stanem przerzutników ukladu zliczajacego przerywa prace tego generatora. Pono- 95 60095 600 wne jego wlaczenie nastepuje po dostarczeniu z zespolu ukladów sterowania zakonczeniem cyklu roboczego impulsu do wejscia ukladu zliczajacego, zmieniajac stan przerzutników na wyjsciach tego ukladu i tym samym stan na wyjsciu bloku prze¬ rywania programu czasowego.

Sekwencyjny, logiczny uklad sterowania automa¬ tycznego wedlug wynalazku umozliwia prowadzenie okresowych procesów regeneracji wymienników i filtrów zgodnie z zadanym programem czasowym stanu zaworów i pomp stacji.

Schemat blokowy wyzej wymienionego rozwiaza¬ nia, w jego zastrzezonej postaci, zgodnie z istota wynalazku, ilustruje na rysunku fig. 1, zas fig. 2 przedstawia przyklad szczególowego wykonania urzadzenia do sterowania wymienników wodoro¬ wych i filtrów sorbcyjnych lub innych urzadzen stacji uzdatniania wody.

Dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku, pokaza¬ nego na fig. 1, jest nastepujace: generator sygnalów taktujacych 1 zasila cyfrowy uklad zliczajacy 2, z wyjsc którego sygnaly odpowiadajace kolejnym stanom tego ukladu sa przekazywane do ukladu kombinacyjnego 3. Uklad kombinacyjny 3 prze¬ ksztalca te sygnaly w znany sposób z kodu binar¬ nego na inny wybrany dowolnie kod, na przyklad dziesietny, przy czym istotna role odgrywa dobór i kolejnosc czasu trwania impulsów wyjsciowych z ukladu kombinacyjnego 3. Impulsy te steruja ze¬ spól wzmacniaczy mocy 4, dostarczajacy energie do uruchomienia zespolu 5 elementów wykonawczych takich, jak na przyklad elementy elektro-mecha- niczne, grzejne i inne, sterujace procesami regene¬ racji urzadzen stacji uzdatniania wody.

Jesli jakis z cyklów pracy wybranych urzadzen stacji nie wymaga sterowania, bedacego funkcja czasu, jak na przyklad napelnianie i opróznianie zbiornika, to dla takiego cyklu roboczego, okreslo¬ nego stanem przerzutników w ukladzie zliczajacym 2 nastepuje zablokowanie generatora sygnalów tak¬ tujacych 1. Powyzsze zrealizowano przez dolaczenie wejsc bloku 7 przerywania programu czasowego do odpowiadajacych wymienionemu cyklowi pracy wyjsc ukladu zliczajacego 2. Cykl roboczy urzadze¬ nia stacji moze zostac wznowiony po dostarczeniu sygnalów z zespolu ukladów 6 sterowania zakoncze¬ niem cyklu roboczego do wejscia ukladu zliczaja¬ cego 2 przez uklad sumacyjny 8, co odpowiada przykladowo zakonczeniu cyklu roboczego opróznia¬ nia lub napelniania zbiornika.

Doprowadzenie tego sygnalu do wejscia ukladu zliczajacego 2 wywoluje zmiane stanu tego ukladu oraz przerwanie petli sprzezenia zrealizowanej za posrednictwem bloku 7 przerywania programu cza¬ sowego, wznawiajac generacje sygnalów taktuja¬ cych.

Przykladowo rozwiazany zgodnie z wynalazkiem uklad sterowania periodycznym procesem regene¬ racji wymienników wodorowych i filtrów sorbcyj¬ nych, pokazany wedlug schematu blokowego na fig. 2 jest nieco rozbudowany w stosunku do ukladu wedlug fig. 1 i dziala nastepujaco: rytm pracy urza¬ dzenia narzuca impulsowy generator sygnalów tak¬ tujacych 1, na wyjsciu którego w dyskretnych chwi¬ lach czasowych, zgodnie z zadanym programem 40 45 50 55 czasowym, pojawia sie kolejne pojedyncze impulsy prostokatne.

Generator jest przystosowany do dowolnego przesuwania momentów pojawienia sie impulsów w okreslonych odstepach czasowych. Impulsy te, po przejsciu przez uklad formujacy 9 wlaczony po¬ miedzy generatorem sygnalów taktujacych 1 i ukla¬ dem sumujacym 8, sa zliczane w trójbitowym ukla^ dzie zliczajacym 2. Licznik ten charakteryzuje osiem stanów wewnetrznych, odpowiadajacych osmiu taktom pracy procesu regeneracji. Taktyte przykladowo sa nastepujace: praca, obnizanie lustra przedmuch, zraszanie woda, regeneracja, plukanie poregeneracyjne, plukanie — jednakowe dla wymienników wodorowych i filtrów sorbcyjnych.

Uklad zliczajacy 2 wysterowuje równolegle logiczny uklad kombinacyjny 3, którego sygnaly wyjsciowe sa funkcjami stanów ukladu zliczajacego 2 oraz od¬ powiadaja stanom zespolu 5 elementów wykonaw¬ czych.

W czasie pracy urzadzenia generator 1 wysyla siedem impulsów, z których kazdy jest zliczany, zmieniajac zgodnie z programem regeneracji rów¬ noczesnie stany ukladu zliczajacego 2 i ukladu kombinacyjnego 3. Uklad zliczajacy 2 liczy w sek¬ wencji: (000), (001), (010), (011), (100), (101), (110), (111). Urzadzenie jest dodatkowo wyposazone w uklad 10 sterowania opróznianiem (napelnia¬ niem zbiorników dozujacych kwasu i lugu — pra¬ cujacy w czasie wlasciwej regeneracji i sterujacy zbiorniki dozujace 17 i ukladem bramek logicznych 11 oraz uklad sumacyjny 8. Po czwartym impul¬ sie z generatora sygnalów taktujacych 1, uKlad zliczajacy 2 przechodzi do stanu (100), któremu od¬ powiada przerwanie mierzenia czasu przez genera¬ tor za posrednictwem bloku 7 przerwania progra¬ mu czasowego.

Odpowiedni sygnal oprózniania zbiornika dozu¬ jacego kwas (regeneracja wymiennika wodorowego) lub zbiornika dozujacego lug (regeneracja wymien¬ nika wodorowego) lub zbiornika dozujacego lug (regeneracja filtru sorbcyjnego) jest podawany z ukladu 10 sterowania przez uklad sumacyjny 8 do ukladu zliczajacego 2, po czym zostaje on zliczo¬ ny, czemu odpowiada zmiana stanu ukladu zlicza¬ jacego 2 ze stanu (100) na (101). Przejscie ukladu zliczajacego 2 pod wplywem dodatkowego impulsu do nowego stanu powoduje ponowne uruchomienie generatora sygnalów taktujacych 1 i dalsza prace w rezimie czasowym zgodnie z zadanym progra¬ mem.

Sygnaly z ukladu kombinacyjnego 3 sa podawane równolegle do zlozonego elementu cyfrowego H blokady automatycznego sterowania programo¬ wego. Blokada ta umozliwia przejscie ze stero¬ wania automatycznego na reczne, jak tez calkowite odlaczenie automatyki w dowolnej chwili prowa¬ dzenia procesu regeneracji. Po przejsciu przez zlozony element cyfrowy 11 sygnaly blokady auto¬ matycznego sterowania programowego sa poda"- wane w sposób równolegly do zespolu wzmacnia¬ czy mocy 4. Miedzy tym stopniem, a zespolem 12 przekazników sterujacych stopnia mocy jest wla¬ czany zespól 18 przelaczników dystrybucji sygna¬ lów do wymiennika wodorowego (regeneracja wy-5 95 600 6 miennika wodorowego) lub filtru sorbcyjnego (re¬ generacja tego filtru).

Sygnaly z zespolu 12 przekazników sterujacych stopnia mocy poprzez zespól 13 przelaczników dys¬ trybucji sygnalów, w zaleznosci od pozycji pracy wymienników wodorowych, filtrów sorbcyjnych, zbiorników dozujacych, sa podawane do zespolu 14 elektromagnetycznych zaworów trójdroznych i prze¬ kazników sterujacych, które to elementy oddzialy- wuja bezposrednio na zespól 5 elementów wyko¬ nawczych i zbiorniki dozujace 17.

Integralna czescia urzadzenia jest blok 15 sygna¬ lizacji optycznej stanu wymienników, zbiorników dozujacych i elementów wykonawczych oraz system 16 sterowników sterowania recznego wlaczonych równolegle do wyjscia zespolu 13 przelaczników dystrybucji sygnalów. Dodatkowo uklad zliczajacy 2 ma dolaczony równolegle blok 19 sygnalizacji optycznej pracy tego ukladu, który wraz z blokiem sygnalizacji optycznej stanu urzadzen stacji np. wymienników, filtrów i elementów wykonawczych zapewnia pelna kontrole pracy urzadzenia.

Uklad realizuje calkowicie automatyczne stero¬ wanie procesem. W przypadku wystapienia awarii w cyklu regeneracji mozliwe jest natychmiastowe przejscie na niezalezne zdalne sterowanie reczne.

System 16 sterowników sterowania recznego bloka¬ dy automatycznego sterowania programowego po¬ laczony ze zlozonym elementem cyfrowym 11 jest tak wlaczony do automatycznego ukladu sekwen¬ cyjnego, ze nawet pelna niesprawnosc tego ostat¬ niego nie przeszkadza w prowadzeniu procesu. Wy¬ montowanie ukladu logicznego dla celów konser¬ wacji czy naprawy nie wplywa na skutecznosc pra¬ cy systemu sterowania recznego.

Dodatkowe walory systemu podnosza: pelna elastycznosc czasowa w cyklu regeneracji oraz do¬ laczenie pelnej sygnalizacji optycznej pracy wy¬ mienników i sieci logicznych.

Podobnie realizuje sie sterowanie procesami re¬ generacji innych urzadzen stacji, przy czym wybór rezimu czasowego pracy okresla ilosc taktów pra¬ cy wynikajaca z systemu regeneracji.

W przykladzie wykonania urzadzenia wedlug wy¬ nalazku do sterowania wymienników anionitowych, gdy regeneracja odbywa sie w szesciu taktach od¬ powiadajacych szesciu stanom urzadzen wykonaw¬ czych takim jak praca, spulchnianie zloza, regene¬ racja, wyplukiwanie regeneratu, plukanie, genera¬ tor taktujacy 1 wysyla kolejno siedem impulsów.

Kazdy z nich jest zliczany, jednakze tylko pierw¬ szych piec impulsów generowanych zgodnie z pro¬ gramem regeneracji, zmienia równoczesnie stany ukladu zliczajacego 2 charakteryzujacego sie osmio¬ ma stanami wewnetrznymi ukladu kombinacyjnego 3. Dwa ostatnie impulsy, podawane bezzwlocznie po impulsie piatym, powoduja jedynie zmiane stanów ukladu zliczajacego 2. Uklad ten liczy w sekwencji: (000), (001). (010), (011), (100), (101), (110), (111). Przej¬ scie ze stanu (010) do stanu (011) odbywa sie l>od wplywem zewnetrznego impulsu.

W innym wykonaniu generator taktujacy 1 wy¬ syla tylko piec impulsów, z których kazdy jest zali¬ czany i powoduje równoczesna zmiane stanu ukla¬ du zliczajacego 2 i ukladu kombinacyjnego 3.

Uklad zliczajacy 2 liczy w sekwencji (000), (001), (011), (110), (111). Przejscie ze stanu (010) do sta¬ nu (011) odbywa sie pod wplywem zewnetrznego impulsu z ukladu sterowania 10 zbiornikiem dozu- jacym. Wykonanie to wymaga stosowania sprezen zwrotnych, zgodnie z rozwiazaniem omówionym uprzednio i pokazanym na fig. 2. Realizuje je uklad sterowania opróznieniem (napelnianiem zbiornika lugu, pracujacy w czasie regeneracji wlasciwej. Po drugim impulsie z generatora sygnalów taktuja¬ cych 1, uklad zliczajacy 2 przechodzi do stanu (010), któremu odpowiada przerwanie odmierzania czasu przez generator taktujacy 1.

Odmierzanie czasu zostaje przerwane przez blok 7 przerywanie programu czasowego. Po opróznieniu zbiornika lugu — z wyjscia ukladu 10 sterowania zbiornikiem dozujacym zostaje wyslany dodatkowy impuls, który przez uklad sumujacy 8 jest poda¬ wany do ukladu zliczajacego. Sygnal zostaje zli¬ czany, czemu odpowiada zmiana stanu ukladu zli¬ czajacego 2 z (010) na (011). Przejscie tego ukladu 2 pod wplywem dodatkowego imipulsu do nowego stanu powoduje ponowne uruchomienie generatora taktujacego 1 i dalsza prace w rezimie czasowym zgodnie z programem.

Urzadzenie wedlug wynalazku przystosowane przykladowo do sterowania wymienników dozuja¬ cych, których regeneracja odbywa sie w dziewieciu taktach pracy: praca, rozwarstwienie zloza, dwu¬ krotne rozwarstwienie zloza, dwukrotna regene¬ racja, obnizenie lustra, wymieszanie, odpowietrza¬ nie, plukanie. Uklad zliczajacy 2 w tym wykonaniu jest czterobitowym licznikiem binarnym, charakte¬ ryzujacym sie szesnastoma stanami wewnetrznymi.

Uklad zliczajacy 2 steruje w sposób równolegly uklad kombinacyjny 3.

W czasie pracy generator taktujacy 1 wysyla 15 impulsów, z których kazdy jest zliczany, jednakze tylko pierwszych osiem generowanych impulsów zgodnie z- programem regeneracji zmienia równo¬ czesnie stany ukladu zliczajacego 2 i ukladu kom¬ binacyjnego 3. Siedem ostatnich impulsów podawa¬ nych bezzwlocznie po impulsie dziewiatym powo¬ duje jedynie zmiane stanów ukladu zliczajacego 2.

Uklad 2 liczy w sekwencji: (0000), (0001), (0010), (0011), (0100), (0101), (0110), (0111), (1000), (1001), (1010), (1011), (1100), (1101), (1110), (1111). Przejscie ze stanu (0100) odbywa sie pod wplywem impulsu zewnetrznego.

W innym przykladowym wykonaniu urzadzenia generator taktujacy 1 wysyla tylko osiem impulsów, z których kazdy jest zliczany. Kazdy impuls powo¬ duje równoczesnie zmiane stanów ukladu zlicza¬ jacego 2 i ukladu kombinacyjnego 3. Uklad ten li¬ czy w sekwencji (0000), (0001), (0010), (0011), (0100), (0101), (0110), (0111), (1111). Przejscie ze stanu (0011) do stanu (0100) odbywa sie pod wplywem ze¬ wnetrznego impulsu z ukladu 10 sterowania zbior¬ nikiem zgodnie z ponizsza zasada dzialania.

Urzadzenie w tym wykonaniu jest wyposazone dodatkowo w uklad sterowania opróznianiem/na¬ pelnianiem zbiorników dozujacych kwasu i lugu — pracujacy w czasie regeneracji wlasciwej. Po trze¬ cim impulsie z generatora sygnalów taktujacych 1 uklad zliczajacy 2 przechodzi do stanu (0011), któ- 40 45 50 55 6095 600 7 remu odpowiada przerwanie odmierzania czasu przez generator 1, zrealizowane za posrednictwem bloku 7 przerywania programu czasowego. Po opróznianiu równolegle pracujacych zbiorników z wyjscia odpowiedniego iloczynu w ukladzie 10 5 sterowania zbiorników zostaje podany dodatkowo impuls, który przez uklad sumujacy 8 jest prze¬ niesiony do ukladu zliczajacego 2 i zliczony, czemu odpowiada zmiana jego stanu z (0011) na (0100).

Przejscie licznika pod wplywem dodatkowego im- 10 pulsu do nowego stanu powoduje ponowne urucho¬ mienie generatora 1 i dalsza prace w rezimie cza¬ sowym, zgodnie z zalozonym programem.

W przypadku wykorzystania urzadzenia wedlug wynalazku do sterowania regeneracja wymienni- 15 ków sodowych, prowadzona przykladowo w dzie¬ wieciu taktach pracy, uklad zliczajacy 2 jest wyko¬ nany w postaci czterobitowej, co odpowiada sze¬ snastu jego stanom wewnetrznym. Generator 1 wy¬ syla kolejno szesnascie impulsów, z których kaz- 2o dy jest zliczany, jednakze tylko pierwszych dzie¬ wiec impulsów generowanych zgodnie z progra¬ mem regeneracji zmienia stany licznika. Siedem ostatnich impulsów podawanych po impulsie dzie¬ wiatym powoduje jedynie zmiane stanów licznika 25 który liczy w sekwencji: (0000), (0001), (0010), (0011), (0100), (0101), (0110), (1000), (1001), (1010), (1011), (1100), (1101), (1111).

W innym wykonaniu generator 1 wysyla dzie¬ wiec impulsów, z których kazdy jest zliczany. 30 Licznik liczy wówczas w sekwencji (0000), (0001), (0010), (0011), (0100), (0101), (0110), (0111), (1111).

W tym wykonaniu wykorzystuje sie petle sprzezen zwrotnych.

Podobnie w przykladowym rozwiazaniu stero- 35 wania, na przyklad filtru wodnego, licznik moze stanowic uklad trójbitowy o osmiu stanach we¬ wnetrznych. Jesli regeneracja odbywa sie w szes¬ ciu taktach pracy, generator 1 wysyla kolejno osiem impulsów zliczanych w liczniku, z których 40 tylko szesc pierwszych, zmienia stany licznika.

Dwa ostatnie impulsy podawane po impulsie szos- 8 tym powoduja jedynie zmiany stanów licznika.

Licznik liczy w sekwencji: (000), (001), (010), (011), (100), (101), (110), (111), W innym wykonaniu generator 1 wysyla szesc impulsów, z których kazdy jest zliczany i powodu* je równoczesna zmiane stanu licznika. Licznik, li¬ czy w sekwencji (000), (001), (010), (011), (110), Uli).

Rozwiazanie to wymaga stosowania sprzezen zwrot¬ nych w ukladzie, jak to ilustruje fig. 2.

Jak wynika z powyzszego opisu urzadzenie we¬ dlug wynalazku znajduje uniwersalne zastosowanie do sterowania dowolnych urzadzen stacji uzdatnia¬ nia wody, bez wzgledu na ilosc taktów pracy okre¬ slonych wybranym typem tych rozwiazan.

Claims (1)

1. Zastrzezenia patentowe Urzadzenie do automatycznego sterowan:a stacji uzdatniania wody, zwlaszcza wymienników i filtrów, znamienne tym, ze jest wyposazone w generator sygnalów taktujacych (1), polaczony poprzez uklad sumacyjny (8) i cyfrowy uklad zliczajacy (2) z ukla¬ dem kombinacyjnym (3) przeksztalcajacym sygnaly z kodu binarnego na inny wybrany kod, polaczo¬ nym poprzez zespól wzmacniaczy mocy (4) z zespo¬ lem elementów wykonawczych (5), sterujacych procesami regeneracji urzadzen stacji, których za¬ konczenie realizuja zespoly ukladów (6) sterowania zakonczeniem cyklu roboczego polaczone z wejs¬ ciem ukladu sumacyjnego (8), przy czym pomiedzy wyjsciami ukladu zliczajacego (2) a wejsciem ge¬ neratora sygnalów taktujacych (1) jest wlaczony blok przerywania programu czasowego (7), który w stanie koincydencji sygnalów odpowiadajacych cyklowi pracy urzadzen stacji, nie wymagajacym ich sterowania w funkcji czasu, przerywa prace tego generatora (1) wlaczajac go ponownie po do¬ starczeniu z zespolu ukladów (6) sterowania zakon¬ czeniem cyklu roboczego impulsu do wejscia ukla¬ du zliczajacego (2), zmieniajac stan przerzutników na wyjsciach tego ukladu (2) i stan na wyjsciu bloku przerywania programu czasowego (7);95 600 8 I2-2-' 2'*\ JJJ 3 4 Fig. 1 5 6 17 5 M 10 \ ¦ 1 19 I / 13 r T^-| 1 1 (_ -| « —M i /V I 1 n . /* V —\ k_ 1 r- r r I J M— L | 1 i _J "1 A >A 1 y Y 12 18 11 / A 1 ^3_ 1 , II f i ^ FLg. 2