RU1783472C - Способ автоматического регулировани выходного параметра объекта управлени по возмущению на входе - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к регулированию непрерывных технологических процессов в химической и нефтеперерабатывающей промышленности Цель изобретени  - повышение оперативности и упрощение регулировани . Дл  этого ввод т задание на величину регулирующего параметра в соответствии с требуемым изменением выходного параметра. По этому заданию и текущим значени м входных возмущающих воздействий по известной зависимости формируют настроечный параметр. Измер ют скорость изменени  задани , фиксируют отрезки времени, в течение которых эта скорость отлична от нул , и величину настроечного параметра дл  формировани  действующего задани  выбирают в конечный момент каждого указанного отрезка времени. 4 ил.

Description

И

Изобретение может примен тьс  в химии , нефтепереработке, металлургии и теплоэнергетике .

Известен способ автоматического регулировани  выходного параметра объекта управлени  по возмущению на входе, в соответствии с которым измер ют входные возмущающие воздействи , по известной зависимости от них и настроечного параметра этой зависимости формируют действующее задание на величину регулирующего параметра, измер ют текущее значение регулирующего параметра, сравнивают его с действующим заданием и по рассогласованию измен ют регулирующий параметр.

Недостатком этого способа  вл етс  сложность его применени , св занна  с тем. что оператор при формировании сигнала , пропорционального величине настроечного параметра, должен вычислить значение этого настроечного параметра по текущим значени м входных параметров и по значению регулирующего параметра, которому , по его (оператора) мнению, должен был бы равн тьс  регулирующий параметр дл  достижени  цели при данных значени х входных параметров. Сложность эта особенно возрастает в тех случа х, когда системой регулировани  по возмущению на входе дополн ют действовавший ранее контур регулировани  регулирующего параметра , жела  передать новой системе часть действий оператора по корректировке вё ти- чины регулирующего параметра в св зи с изменени ми входных параметров. В этом случае, как показывает опыт, сложность дл  оператора св зана не только с необходимостью дополнительных наблюдений и вычислений по ним, но и с тем что вычисл ть и

VJ

СО СА VI ГО

формировать вручную приходитс  некоторый новый непривычный дополнительный параметр, имеющий, как правило, сложную физическую природу и непривычную размерность , вместо простого и привычного значени  регулирующего параметра.

Цель изобретени  - повышение оперативности и упрощение регулировани  при использовании способа автоматического регулировани  по возмущению на входе оператором-технологом.

С этой целью ввод т задание на величину регулирующего параметра в соответствии с требуемым изменением выходного параметра, по этому заданию и текущим значени м входных возмущающих воздействий по упом нутой зависимости формируют настроечный параметр, измер ют скорость изменени  задани , фиксируют отрезки времени, в течение которых измеренна  скорость отлична от нул , и величину настроечного параметра дл  упом нутого формировани  действующего задани  выбирают в конечный момент каждого упом нутого отрезка времени.

Введение операции автоматического формировани  сигнала, пропорционального значению настроечного параметра, по сигналу, пропорциональному значению формируемого вручную задани  на регулирующий параметр, и по сигналам, пропорциональным значени м входных параметров, освобождает оператора от сложностей дополнительных наблюдений и вычислений, а выбор (запоминание) этого автоматически сформированного сигнала только в конечные моменты отрезков времени , когда оператор измен ет задание на величину выходного параметра, обеспечивает независимость настроечного параметра от входных параметров во все остальное врем . Упом нутое запоминание (перезапоминание ) происходит действительно только в конечные моменты вмешательства оператора , поскольку только в течение отрезков времени, когда оператор измен ет задание, упом нута  скорость отличаетс  от нул ,

Примеры конкретного выполнени  способа и реализующих его систем иллюстрируютс  схемами на фиг 1-4.

Изображенный на фиг. 1 и 2 теплообменник 1, в котором обмениваютс  теплом нагреваемый и нагревающий потоки, снабжен расходомером нагревающего потока 2, расходомером нагреваемого потока 3, термометром А на выходе нагреваемого потока, регул тором расхода нагревающего потока 5, формирователем задани  на величину регулирующего параметра (в данном случае - нагревающего потока) б и клапаном 7,

Здесь расход нагреваемого потока - входной параметр, расход нагревающего потока - регулирующий параметр. Температура нагреваемого потока, вл юща с  па- раметром объекта управлени , - мера эффективности управлени  объектом.

Способ-прототип реализуетс  схемой на фиг. 1. На этой схеме 8 - задатчик настроечного параметра. Система работает следу0 ющим образом. Исход  из допущени  о том, что температуры нагревающего и нагреваемого потоков на входе в теплообменник посто нны , оператор выбирает отношение расхода нагревающего потока к расходу на5 греваемого потока таким, чтобы на выходе нагреваемого потока установилась нужна  ему температура. Это отношение и  вл етс  настроечным параметром, и оператор вводит его в систему ручным задатчиком 8.

0 По сигналу, пропорциональному входному параметру - расходу нагреваемого потока и по настроечному параметру - выходному сигналу задатчикэ 8, формирователь 6 формирует сигнал, пропорциональ5 ный заданию на расход нагревающего потока, направл емый на вход регул тора 5, на другой вход которого поступает выход расходомера регулирующего потока 2. Регул тор 5 с помощью клапана 7 поддерживает

0 нужный расход

Температура нагреваемого потока на выходе теплообменника контролируетс  термометром 4,

Формирователь б представл ет собой

5 серийно выпускаемый блок перемножени  двух переменных сигналов В пневмовари- анте это может быть прибор ПФ1 18 системы Старт завода Тизприбор.

В результате работы системы, если рас0 ход нагреваемого потока возрастает, автоматически возрастает и расход нагревающего потока Если температура нагреваемого потока падает, оператор вручную измен ет настроечный параметр (уве5 личивает отношение расходов) с помощью задатчика 8.

Предлагаемый способ реализуетс  схемой , представленной на фиг. 2. На этой схеме все элементы с 1 до 7 имеют то же

0 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 формиро5 ватель настроечного параметра и 12 - блок запоминани .

В этрй схеме«ручной задатчик 9 имеет шкалу и размерность датчика и регул тора регулирующего параметра Выходной сигнал этого задатчика поступает на вход автомагического формировател  настроечного параметра 11, на другой вход которого поступает сигнал, пропорциональный расходу нагреваемого потока (входной параметр). В данном случае формирователь - серийно выпускаемый делительный блок. В пневмо- варианте-это уже упом нутый ПФ1.18. Делением выходного сигнала задатчика 9 на сигнал расходомера 3 система узнает, какой величине настроечного параметра соответствует величина расхода нагревающего потока, которую оператор считает нужным установить дл  достижени  заданной температуры . Соответственна  величина сигнала устанавливаетс  на выходе формировател  11.

Одновременно выходной сигнал ручного 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 Тиз- прибор: 13-блок предварени  ПФ2; 14-16 -сумматоры ПФ.1, 17- блок умножени  на посто нный 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 в блок 17. Выход блока 17, настроенного на большой коэффициент схемы на фиг. 3,  вл етс  выходом всего блока подготовки 10 схемы на фиг. 2.

Благодар  описанному соединению в те моменты времени, когда выход ручного задатчика регулирующего параметра остаетс  посто нным, выходные сигналы блоков 14 - 17 остаютс  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 по вл етс  некоторый ненулевой сигчал, а на выходе блока 17 устанавливаетс  единица . Когда выход ручного задатчика падает , выход блока 13 меньше входа, и поэтому на выходе блока 14 по вл етс  некоторый ненулевой сигнал, а на выходе блока 15 сигнал равен нулю. (В пневмосистемах отрицательных сигналов реализовать нельз ), В результате на выходе блока 1 б устанавливаетс  ненулевой сигнал, а на выходе блока 17 - единица.

Выходной сигнал (единица) блока подготовки схемы к изменению настроечного параметра отпирает блок запоминани  12. В этом состо нии сигнал на выходе блока 12 равен входному сигна-у этого блока. Когда единица на выходе блока 10 пропадает (замен етс  на ноль), блок 12 запираетс  и сохран ет на своем выходе значение

настроечного параметра, соответствующее заданию на величину регулирующего параметра , введенного в систему оператором в момент, когда он в последний раз вращал (перемещал) руко тку задатчика 9.

0 Запомненное значение настроечного параметра, будучи посто нным, не измен етс  и тогда, когда величины входных параметров измен ютс , и измен етс  вместе с ними выход формировател  11.

5 В качестве блока запоминани  можно использовать элемент П-1014 системы УСЭППФ завода Тизприбор,

Запомненное значение настроечного параметра поступает в автоматический фор0 мирователь задани  регулирующему параметру 6, который работает так же, как и в схеме, реализующей дл  теплообменника способ-прототип.

В результате, хот  настроечный пара5 метр без вмешательств оператора не измен етс , задание регулирующему параметру измен етс  вслед за входным параметром (вслед за возмущением на входе), чем и достигаетс  компенсаци  вли ни  изменений

0 входного параметра (расхода нагреваемого потока) на выходной параметр (температуры нагреваемого потока на выходе).

Применение предлагаемого способа может существенно облегчить оператору

5 эксплуатацию системы, реализующей способ регулировани  по возмущению1 на входе . В этом случае управл емым объектом (см. фиг, 4)  вл етс  ректификационна  колонна 1 дл  разделени  нефти на бензин,

0 отбираемый с верха колонны через конденсатор 1 а и рефлюксную емкость 1 б, керосин, отбираемый через верхний стриппинг в, дизельное топливо зимнее (ДТЗ), отбираемое из колонны 1 через стриппинг 1г, ди5 зельное топливо летнее (ДТЛ), отбираемое через стриппинг1д,

Регулирующим параметром (одним из регулирующих параметров)  вл етс  расход ДТЛ. Выходным параметром объекта управ0 лени   вл етс  показатель качества ДТЛ - температура конца кипени , котора 1 измер етс , но в автоматическом регулировани  не участвует (регулирование по обратной св зи отсутствует). Возмущающими воз5 действи ми  вл ютс  изменени  расходов нефти по п ти потокам и изменени  расходов трех вышеотбираемых продуктов.

Дл  таких колонн рекомендуетс  САР, в которой расход бокового продукта измен - ют так, чтобы отношение суммы расхо/ов

данного и всех вышеотбираемых продуктов сырь  оставалось равным некоторой посто нной величине, которую оператор должен измен ть, когда он желает изменить температуру конца кипени  данного бокового продукта.

В тех случа х, когда рекомендуемую систему внедр ют на действующей установке, где технологическим персоналом (операторами ) накоплен опыт, позвол ющий эффек- тивно поддерживать температуру конца кипени , например, ДТЛ, измен   задание непосредственно на расход ДТЛ, переход к управлению через новое пон тие отношение суммарных расходов, представл ет, как показывает опыт, дл  оператора значительные психологические трудности.

Применение предлагаемого способа позвол ет избежать этих трудностей.

Система, реализующа  предлагаемый способ, дл  колонны (см. фиг. 4) содержит такие же элементы, как и система дл  теплообменника (см. фиг. 2). При этом использованы те же цифровые обозначени : датчик регулирующего параметра - расходомер ДТЛ обозначен цифрой 2, датчики возмущающих воздействий - цифрой 3 (За, б, в, г, д - расходомеры сырь , 3 ж, з, и - расходомеры вышеотбираемых продуктов, сумматор Зе  вл етс  как бы датчиком суммарного расхода сырь , а сумматор Зк - как бы датчиком суммарного расхода бензина, керосина и ДТЗ). Далее, система содержит датчик поддерживаемого оператором параметра - температуры конца кипени  ДТЛ 4, регул - тор регулирующего параметра (расхода ДТЛ 4) 5, формирователь задани  на величину регулирующего параметра -6, клапан регулирующего параметра 7, ручной задат- чик регулирующего параметра (расхода ДТЛ) 9, блок подготовки системы к изменению настроечного I параметра 10, автоматический формирователь настроечного параметра 11 и блок запоминани  12.

Регул тор 5, блоки 10 и 12 могут иметь такое же исполнение, как в системе регулировани  теплообменника, и работают по таким же алгоритмам.

Формирователь регулирующего пара- метра 6. выделенный на фиг. 4 штриховым контуром, имеет здесь более сложное исполнение , чем на фиг. 2; он сам состоит из блока умножени  6а, такого же, кик и весь формирователь на фиг. 2, и дополнительно- го сумматора 66.

Аналогично автоматический формирователь настроечного параметра 11 состоит из сумматора 11а делительного блока 116, описанного при раскрытии формировател 

настроечного параметра в САР теплообменника .

Система работает следующим образом. Расходомеры За, б, в, г, и д измер ют расход нефти, блок Зе формирует сигнал, пропорциональный суммарному расходу сырь . Расходомеры Зж, з, и измер ют расходы бензина, керосина и ДТЗ, а блок Зк формирует сигнал, пропорциональный сумме их расходов.

Оператор с помощью задатчика 9 вводит сигнал, пропорциональный такой величине расхода ДТЛ, котора  обеспечивает нужное ему изменение поддерживаемого параметра. В сумматоре 11 а формировател  11 этот сигнал складываетс  с сигналом, пропорциональным суммарному расходу вышеотбираемых продуктов, и на выходе 11а формируетс  сигнал, пропорциональный такому значению суммы расходов ДТП, ДТЗ, керосина и бензина, которое задал бы оператор, если бы вместо задатчика 9 имел бы в своем распор жении задатчик суммарного расхода продуктов. В блоке делени  116 формируетс  отношение суммарного расхода ДТЛ, ДТЗ, керосина и бензина к суммарному расходу сырь , которое оператор задал бы ручным задатчиком настроечного параметра, если бы система имела такси задатчик. Однако дл  этого он должен был бы сам собрать информацию о расходах сырь  по нескольким потокам, о расходах вышеотбираемых продуктов и произвести необходимые вычислени .

Блок 10 может быть выполнен так же, как и в системе регулировани  теплообменника на фиг. 2, схема которого представлена на фиг. 3. Блок 10 вырабатывает 100% сигнал на своем выходе в моменты времени, когда выходной сигнал задатчика 9 измен етс , т.е. тогда, когда оператор вращает или перемещает руко тку задатчика 9. По выходному сигналу блока 10 блок запоминани  12 запоминает значение настроечного параметра, сформированного в блоке 11 в момент, когда оператор измен л задание с помощью задатчикз 9. По значени м настроечного параметра, суммарного расхода сырь  и суммарного расхода вышеотбираемых продуктов блок б формирует задание на расход регулирующего параметра - расхода ДТЛ.

Блок б в системе управлени  колонной отличаетс  от аналогичного блока с тем же номером в системе регулировани  теплообменника: кроме блока умножени  6а, в котором формируетс  задание на суммарный расход продуктов, он содержит сумматор 66, в котором вычитанием из задани  на суммарный расход продуктов текущего значени  суммы расходов вышеотбираемых продуктов формируетс  задание на расход ДТЛ, Это задание отрабатываетс  регул тором 5, воздействующим на клапан 7.

Настройка блоков, обеспечивающих ре- ализацию отличительных признаков предполагаемого изобретени , проста, Коэффициенты настройки формировател  настроечного параметра вычисл ютс  по максимумам шкал соответствующих расхо- домеров. Настройка дифференцирующего звена в блоке подготовки системы к изменению настроечного параметра должна обеспечива , с одной стороны, восприимчивость системы даже к малым изменени м заданий оператора, а с другой - нечувствительность к случайным колебани м выходного сигнала ручного задатчика. Опытным путем определено , что эти свойства обеспечиваютс  при величине времени дифференцировани  0,4 мин.

Из приведенного примера видно, что дл  операторов, привыкших к регулированию температуры конца кипени  ДТЛ посредством изменени  задани  на расход ДТЛ в системе управлени , состо щей из одноконтурных регул торов, внедрение новой более эффективной системы, автоматически корректирующий расход ДТЛ по многим возмущени м (в данном примере - по восьми), никак не измен ет с точки зрени  оператора его вмешательство в процесс регулировани  - он, как и раньше, имеет возможность измен ть задание на расход ДТЛ и избавлен от необходимости вычис-

наг- решаемый потох 8ход

ног.ре8оюо41/ь латах/Выход)

л ть величину изменени  отношени  суммы расходов продуктов к суммарному расходу сырь .

Экономическа  эффективность способа создаетс  за счет улучшени  его эксплуатационных свойств.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ автоматического регулировани  выходного параметра объекта управлени  по возмущению на входе, в соответствии с которым измер ют входные возмущающие воздействи , по известной зависимости от них и настроечного параметра этой зависимости формируют действующее задание на величину регулирующего параметра, измер ют текущее значение регулирующего параметра , сравнивают его с действующим заданием и по рассогласованию измен ют регулирующий параметр, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  оперативности и упрощени  регулировани , ввод т задание на величину регулирующего параметра в соответствии с требуемым изменением выходного параметра, по этому заданию и текущим значени м входных возмущающих воздействий по упом нутой зависимости формируют настроечный параметр, измер ют скорость изменени  задани , фиксируют отрезки времени, в течение которых эта скорость отлична от нул . и величину настроечного параметра дл  упом нутого формировани  действующего задани  выбирают в конечный момент каждого упом нутого отрезка времени.

   погребающий поток(дийа)

   Фиг. /

   f

   могре&оемь й поток {6x6$

   с

   ногреВогощии потоп{&&ход)

   Фиг. 2

   h

   /f

   4$

   Фиг.З

   нагреВй еул лотокЬ

   шагрё&аемый поток (Выхой)

   U

   К

   Фиг.4-.