SU874746A1 - Устройство дл автоматического управлени трубчатой печью - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО jaЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧЬЮ

Изобретение относитс , к технике автоматического управлени  процессом нагрева в трубчатой печи и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленнооти. Известно устройство дл  автоматического управлени  работой многоточной трубчатой печи, («держащее датчики температуры продукта на выходах змеевиков печи, соединенные через регул торы с соответствующими клапанами подачи пГродукта на входы змеевиков и блоком усреднени  температуры, выход которого подключен через корректирующий регул тор к задающему входу контура регулировани  расхода теплоносител , содержащего датчик расхода теп лоносител , регул тор и клапан расхода теплоносител , и к задающим входам регул торов расхода продукта 1. Известно также устройство дл  автоматического управлени  трубчатой печью, содержащее датчики измерени  температуры продукта на вхдде, в средней точке и на выходе печи, Дат чик измерени  расхода исходного продукта и 1слапан подачи топлива в печь 12. Недостатком указанных устройств  вл етс  низка  точность регулировани  температуры продукта на выходе печи, вследствие того, что дл  определени  расхода теплоносител , подаваемо- . го в топливную камеру печи, не учитываетс  температура продукта в пространственных точках вдоль длины печи, котора  характеризуетс  существенным пространственным распределением параметров, и отсутствует компенсаци  основного возмущени  (изменение расхода сырь  на входе печи). Цель изобретени  - повышение точности регулировани  температуры продукта на выходе печи. Поставленна  цель достигаетс  тем, что оно дополнительно содержит п ть сумматоров, три потенциометра, экспоненциальный блок, блок извлечени  квадратного корп , блок умноже1ш  блок компаундировани , функциональный преобразователь, блок расчета конечного значе-ни  управл ющего воздействи  и задатчик температуры на выходе печи, при этом датчик расхода исходного продукта через последовательно соединенные первый потенциометр, экспоненциальный блок и блок извлече1ш  квадратного кон  подключен к первому входу блока умножени , второй вход которого через первый сумматор св зан с датчиком температуры продукта на входе печи, выход первого потенциометра параллельно подключен также к первым входам блоков кокшаундировани  и расчета конечного значени  управл ющего воздействи , вторые входы которых параллельно соединены с выходбм датчика температуры продукта на входе печи, выход задатчнка температуры параллельно подключен к первому входу второго сумматора и третьему входу блока расчета конечного значени  управл ющего воздействи , выход которого параллельно св зан с третьим входом блока компаундировани , первыми входами третьего и четвертого сумматоров и вторым входом первого сумматора, выход датчика температуры продукта в средней точке печи св зан с вторым входом четвертого сумматора, третий вход которого соединен с выходом блока умножени , выход четвертого сумматорачерез второй потенциометр соединен С вторым t входом третьего сумматора, выход датчика температуры продукта на выходе печи св зан с вторым входом второго сумматора, выход которого через третий потенциометр подключен к третьему входу третьего сумматора, соединенному своим выходом с первым входом п того сумматора , выход блока компаундировани  св зан с вторым входом п того сумматора, выход которого через функциональный преобразователь соединен с клапаном подачи топлива в печь.

При зтом блок расчета конечного значени  управл ющего воздействи  содержит даа сумматора , блок умножени , экспоненциальный блок и блок делени , при этом выход экспоненциального блока параллельно подключен к входам блока умножени  и первого сумматора, выход которого соединен с первым входом блока делени , второй вход которого св зан с выходом второго сумматора, подключенному своим входом к выходу блока умножени .

Кроме того, блок компаундировани  содержит три сумматора, блок умножени , два экспоненциальных блока и блок делени , при этом выход первого сумматора св зан с первым входом блока умножеш1 , второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, выход первого экспоненциального блока св зан с первым входом второго сумматора, выход второго экспоненциального блока параллельно подключен к второму входу второго сумматора и входу третьего су 1матора, выход которого соединен с первым входом блока делени , по; и люченному своим вторым входом к выходу блока умножени .

При этом функциональный преобразователь содержит четыре потенвдометра, два сумматора , даа блока умножени , при этом выход первого потенциометра св зан с первым входом первого сумматора, выход первого блока умножени  параллельно подключен к входам второго потенциометра и второго блока умножени , выход которого соединен .через третий потенциометр 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 св зан с выходом четвертого потенциометра.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства на фиг. 2 приведена схема блока расчета конечного значени  управл ющего воздействи ; на фиг. 3 - схема блока компаундировани ; на фиг. 4 - схема функционального преобразовател .

Устройство (фиг. 1) содержит датчики 1, 2 и 3 измерени  температуры продукта, соответственно , на входе, в средней точке и на выходе печи, датчик 4 измерени  расхода исходного продукта, первый 5, второй 6 и третий 7 пютендаометры, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11 и п тый 12 сумматоры, задатчик 13 температуры на выходе печи, клапан 14 подачи топлива в печь, блок 15 расчета конечного значени  управл ющего воздействи , блок 1 компаундировани , экспоненциальный блок 17, блок 18 извлечени  квадратного корн , функциональный преобразователь 19 и блок 20 умножени .

Блок расчета конечного значени  управл ющего воздействи  (фиг. 2) содержит первый 21 и второй 22 суммато{и 1, экспоненциальный блок 23, блок 24 умножени  и блок 25 делени .

Блок компаундировани  (фиг. 3) содержит первый 26, второй 27 и третий 28 сумматоры, первый 29 и второй 30 экспоненциальные блоки , блок 31 делени  и блок 32 умножени .

Функциональный преоб)разователь (фиг. 4) содержит первый 33, второй 34, третий 35 и четвертый 36 поте1щиометры, первый 37 и второй блоки 38 умножени , первый 39 и второй 40 сумматоры.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с датчика 4 поступают на потенциометр 5, который реализует умножение поступающего сигнала на посто нный коэффициент 1/S, где S - площадь поперешого сечени  трубы входного коллектора.

С выхода потенциометра 5 сигнал, равный скорости движени  продукта V, постуНает на первый вход блока 16 компаундировани , на первый вход блока 15 расчета конечного значени  управл ющего воздействи  и вход экспоненциальиого блока 17. Экспоненциальный блок 17 реализует функцию С S5C(i/D-h + f/DB-nft} -основание натурального логарифма; -константа дл  данной печи; , -обща  длина трубы змеевиков печи; -плотность материала продукта; -теплоемкость продукта; - соответственно, вну ренний и в}юшш диаметры труб сырьевых змеевиков; -коэффициенты теплопередачи , соот .ветствеино от тепло носител  к материалу труб змеевиков и от материала тру к продукту. С выхода блока 17 сигнал поступает через блок 18 извлечени  квадратного корн  на первый вход блока 20 умножений. На второй вход блока 13 умножени  поступает сигнал с выхода первого сумматора 8, определ емый разиость ( жгналов (J - TT), поступающих соответ-. ственио, с датчика 1 измерени  температу ры продукта на входе печи и с выхода блока 15 расчета конечного значени  травл ющего воздействи . С выхода блока 20 умножени  сигнал , равный (Tj т) , поступает со знаком минус иа третий вход сумматора И, на первый вход этого сумма:торз поступает сигнал т со зиаком мииус с выхода блока 15, а на вторсш вход поступает ointan с датчика 2 измерени  температуры в средней точке печи. С выхода сумматора И сШнал, равный разиосги между измерениьш эиачекиём темперттуры процесса в средйей точке и теоретическим конечным установившимс  значением температуры в этой TO4Ke{rpp- t j4(Tjj-T J:) поступает со знаком минус через потенциометр 6, где умножаетс  на коэффициент k, на,второй вход третьего сумматора 10. Сигнал ,, измеренный датчиком 3 температуры на печи, поступает со знаком плюс на второй вход второго сумматора 9, на первый вход которого со знаком минус поступает сигнал с задатчика 13 Т-дд . С выхода сумматора 9 р азностиый сигнал Т,- со знаком мииус поступает через потенциометр 7, где умножаетс  на коэффициент kj, на третий вход третьего сумматора 10.: На второй и третий входы блока 15 расчета конечного значени  управл ющего воздействи  поступают сигналы, соответственно, с ддтчика 1 измерени  температуры на выходе печи и сигнал задани  с задатчика 13. Блок 15 реализует математическое соотношение йад-т&уС т|гтСигнал , равный скорости движени  продукта V, поступает на вход экспоненциального блока 23, с выхода которого сигнал С поступает на первьи1 вход блока 24 умноже1{и  и первый вход со знаком миьгус сумматора 21. На второй вход блока умножени  24 поступает сигнал Tgy с датчика 1 температуры на вхрде печи, а с выхода блока 24 сигнал Tgjj- С со знаком минус поступает на первый вход сумматора 22, на второй вход которого поступает со знаком плюс сигнал с задатчика 13. С выхода второго сумматора 22 разностный сигнал ( С) поступает на второй вход блока 25 делени , на первый вход которого поступает сигнал {1-С), сформированный при помоцда сумматора 21. С выхода блока 25 делени  шгнал Т , ра&-. ный конечному значе1шю температуры в камере теплоносител , поступает со.знаком плюс на первый вход третьего сумматора 10, на выходе которого формируетс  оптимальный сигнал управлени  T ;iTi;-K,tT,,.)(ww .U) определ ющий оптимальное значение температу15ы в камере теплоносител  через -параметры объекта и измеренные значени  температур продукта на входе, в qpeдаeй точке и на выходе печи. На входы блока 16 компаундировани  по .ступаёт, соответственно, сигнал задани  на ско-; рость движени  продукта Vg , сигнал с датчика 1 температуры на входе трубчатой печи Т и сигнал с выхода блока 15 расчета конечного значени  управл ющего воздействи  Т т . Блок ,16 компа)Ч(дировани  определ ет корректирующий управл ющий сигнал AT(V), позвол ,юший сксиипенсировать вли ние от измерени  скорости даижени  продукта относительио заданного значени  СДУ V - Vg) на температуру продукта на выходе первой секции печи. Блок 16 реализует математическое соотноЛ в Т тК -С5 -Cs

ЛТ(У/ - сигнал коррекции по скогде

/сросги движени  продукта;

- /VS

С5 -В

На первый и второй входы сумматора 26 поступают сигналы, соответственно, со знаком плюс с датчика 1 измерени  температуры на входы печи и знаком минус с выхода блока 15 расчета конечного значени  управл ющего воздействи , а с выхода этого сумматора разностнйй сигнал (Т gy - Т т ) подаетс  на первый вход блока 32 умножени , на второй вход которого подаетс  сигнал, равный (С - Cj ), сформированный при помощи зкспоненциапы1ых блоков 29 и 30 и второго сумматора 27. С выхода блока 32 умножени  сигнал, равный (Tg - TT ) (С - Cg ), поступает на второй вход блока 31 делени , на первый вход которого поступает сигнал, равный (1 - Cg), сформированный при помощи экспоненциального блока 30 и третьего сумматора 28,

С выхода блока 31 делени  корректирующий сигнал AT(V) поступает со знаком плюс на второй вход первого сумматсфа, где суммируютс  с оптимальным сигналом управлени  подаваемым на первый вход сумматора 12. С выхода сумматора 12 суммарный сигнал управлени  TT подаетс  на вход функционального преобразовател  19, кото|н 1Й преобразует оптимальный сигнал температуры в камере теплоносител  Т в оптамальный сигнал расхол , опт да теплоносител  G т

согласно выражению

Q°;Va,.d,..a,4Tr)(O.

Оптимальный сигнал температуры в камере теплоносител  подаетс  на вход первого потенциометра 33, н«рвый и второй входы первого блока 37 умножени  и вход второго блока 38 умножени . На выходе потенциометра 33 формируетс  сигнал 3 (Т° ) , который подаетс  на первый вход первого сумматора 33, на третий вход этого сумматора подаетс  сигнал aj (Т г } формируемый при помощи блок 37 умножени  и потенциометра 34, и на второй вход сумматора 39, подаетс  сигнал Эз (Т т ) формируемый при помощи блоков 37 и 38 умножени  н потенциометра 35. С выхода суммаtopa 39 сигналГа,(Т)1+а4-() подаетс  на первый вход второго сумматора 40, где суммируетс  с сигналом Эо, формируемым при помощи потенциометра 36.

С выхода сумматора 40 оптимальный сигнал расхода теплоносител  подаетс  на регулирующий клапан 14, наход щийс  в магистрали подачи горючего газа в топливную камеру трубчатой печи.

Коэффициенты BQ, З, а, Эз определ ютс  путем обработки экспериментально полученных последовательностей значений расходов горючего газа и соответствующих значе1ШЙ темперапур в камере теплоносител  методом наименьших квадратов.

Предлагаемое устройство отличаетс  высокой точностью регулировани  температуры продукта

на выходе трубчатой печи и обеспечивает уменьшение времени переходных процессов при переводе температуры на выходе печи из некоторого начального установивикгос  состо ни  в заданное конечное и тем самым позвол ет зна.чительно повысить качество переработки продукта в последующих за печью установках.

Claims (4)

1. Формула изобретени 

   I. Устройство дл  автоматического управлени  трубчатой печью, содержащее датчики измерени  температуры продукта ни входе, в средusu точке и на выходе печи, датчик измерени  расхода исходного продукта и клапан подачи тшшива в печь, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности регулировани  температуры продукта на выходе печи, оно дополнительно содержит п ть сумматоров, три потенциометра, экспсженциальный блок, блок извлечени  квадратного корн , блок умножени , блок компаундировани , фз кциональный преобразователь, блок расчета конечного значени  управл ющего воздействи  и задатчик температуртл аз выходе печи, при этом датчик расхода исходного продукта через последовательно соеданеиные первый потенциометр, экспоненциальный блок и блок извлечени  квадратного корн  подключен к первому входу блока умножени , второй вход которого через первый сумматор св зан с датчиком температуры продукта на входе печи, выход первого потенциометра параллельно подключен также к первым входам блоков компаундировани  и расчета конечного значени  управл ющего воздействи , вторые входы которых параллельно соединены с выходом датчика температуры продукта на входе печи, выход задатчика температуры параллельно подключен к первому входу второго сумматора и третьему входу блока расчета конечного значени  управл ющего воздействи , выход которого параллельно св зан с третьим входом блока компаундировани , первыми входами третьего и четвертого сумматоров и вторым входом первого сумматора, выход iSniчика температуры продукта в средней точке печи св зан с вторым входом четвертого сумматора , третий вход которого соединен с выходом блока умножени , выход четвертого сумматора, через второй потенциометр соединен с вторым входом третьего сумматора, выход датчика температуры продукта на вьгходе печи св зан с вторым входом второго сумматора , выход которого через третий потенциометр подключен к третьему входу третьего сумматоpa , соединенному своим выходом с первым входом п того сумматора, выход блока компаундировани  св зан с вторым входом п того сумматора, выход которого через функциональный преобразователь соединен с клапаном подачи топлива в печь.
2. 2.Устройство по п. 1, о т   и ч а ю щ ее с   тем, что блок расчета конечного значени  управл ющего воздействи  содержит два сумматора, блок умножени , зкоюненшгальный блок и блок делени , при зтом выход зкспоненциального блока параллельно подкл10 юн к входам блока умножени  и первого « мматора, выход которого Соединен с первым входом

   блока делени , второй вход которого св зан с выходом второго сумматора, подклк ченному своим входом к выходу блока умножени .
3. 3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ш ее с   тем, что блок компаундировани  содержит три сумматора, блок умножени , два экспон ициальных блока и блок делени , при этом выход первого сумматора св зан с первьпи входом блока умножени , второй вход которого соединен с выходом второго сум«1 аторэ, выход первого зкоюненциального блока СВЯЗАН с первым входом второго сумматора, выход второго экаюненциального блока параллельно подключен к второму входу второго сумматора и входу третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом блока делени , подключенному свонм вторым входом к выходу блока умножени .
4. 4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с   тем, что функциональный преобразователь содержит четыре потенциометра, два сумNraTopa , два блока умножени , при этом выход первого потенциометра св зан с первым входом первого сумматора, выход первого блока умножени  параллельно подключен к входам второго потенциометра и второго блока умножени , выход которого соединен через третий потенциометр с вторым входом первого сумматора , подключещюму своим третьим входом к вы ходу второго потенциометра, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, вт(юй вход которого св зан с выходом 4eTBq)Toro потенциометра.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Авторское свидетельство СССР № 545660, кл. С 10 G 9/20, 1975.

   2.Авторское свидетельство СССР № 529203, кл. С 10 G 9/20, 1974.

   W

   4Г

   гч

   23

   25

   л

   Z3

   30

   онт