SU882895A2 - Устройство дл контрол и управлени насосной установкой гидротранспортной системы - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ ГИДРОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ

I

Изобретение относитс  .к системам оптимального управлени  и контрол  загрузки трубопроводов гидротранспортных установок и может быть использовано в горной и горнорудной промышленности дл  управлени  и оптимизации режима углесосных установок гидрошахт, при гидрозакладке выработанного пространства на шахтах, при добыче песчано-гравийных материалов на карьерах, при транспортировании хвостов и концентратов на обогатительных фабриках .

По основному авт. св. № 676515 известно устройство дл  контрол  и управлени  насосной установкой гидротранспортной системы , содержащее установленные на трубопроводе датчики давлени , соединенные с одними из входов первой группы элементов сравнени , другие входы которых подключены к модел м характеристик потерь напора в трубопроводе, св занным с датчиком расхода, пороговый блок, исполнительные органы изменени  режима работы насоса, модели прогнозной и критической скорости, подключенные к одним из входов другой группы элементов срапнепи . модель текущей скорости, подключенна  к другим их

входам, блок оптимизации режимов работы насоса и блоки вы влени  знака отклонени  текущей и прогнозной скорости от критической, один из которых непосредственно , а другой через пороговый блок подключены к исполнительным органам нзме5 нени  режима работы иасоса и блоку оптимизации работы насоса (1.

Однако в известном устройстве не учи тываетс  то, что в услови х переменного притока поступающей в зумпф гидросмеси с резкими изменени ми как объемного ее коли10 чества, так и исходной плотности, крупности и состава твердового материала, по вл етс  случайна  составл юща  плотности в канале загрузки, что снижает точность прогнозного оптимального режима трубо5 , провода по текущей загрузке его иачального базового участка и вызывает погрешность управлени  поиском оптимального режима установки только по сигналам выработанных ограничений системой распределительного контрол . Кроме того,

70 в услови х неполной информации о действительиой оптимальной производительности установки по твердому материалу переход установки на оптимальную производительность в пределах ограничений, происходит с неизбежными автоколебани ми как в режимах автоматического поиска, так и «рыскань , что снижает эффективность оптимизации из-за больших (недопустимых) потерь на поиск и «рысканье.

Цель изобретени  - повышение надежности и точности работы устройства при широком диапазоне возмущений.

Эта цель достигаетс  тем, что в устрой- ,о ство введены интеграторы, сумматор, усреднитель и вычислитель показател  качества, соединенный выходом с третьим входом блока оптимизации режима работы насоса, а входами - одним непосредственно С выходом датчика расхода, а другим через усред- 5 нитель с выходом сумматора, входы которого через интеграторы подключены к вторым выходам моделей критической скорости.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - графики, ил- Q люстрирующие вы влени  информации дл  формировани  сигнала о текущей загрузке трубопровода и его участков.

Устройство содержит датчики 1 -3 давлени , установленные на контролируемых участках трубопровода 4, первую группу 25 элементов 5-7 сравнени , к одним из входов которых подключены датчики 1-3, а к другим - выходы моделей 8-10, моделирующих характеристики потерь напора иа воде в исправных участках трубопровода 4. Входы этих моделей подключены к выходу датчика 11 расхода, который установлен на базовом участке трубопровода длиной feas- К этому же выходу датчика 11 подсоединена модель 12 текущей скорости, выход которой подключен к одним из вхо- 35 дов второй группы элементов 13-15 сравнени , выходы которых подключены к входам логического блока 16 вы влени  знака отклонени  «больше-меньше текущей скорости от крит} ческой, а другие входы элементов 13-15 подключены соответственно 40 к выходам моделей 17-19 критической скорости, состо щих из последовательно соединенных . преобразователей 20-22 потерь напора в плотность гидросмеси и преобразователей 23, 24 и 25 плотности в требуе- j мую критическую скорость.

- I

Входы моделей 17-19 соединены с соответствующими выходами элементов 5-7 сравнени . Вход модели 26 прогнозной скорости , состо щей из последовательно сое- 50 диненных модели 27 вычислени  прогнозного режима и преобразовател  28 прогнозной скорости, подключен к выходу элемента 5 сравнени . Выход модели 26 подключен к одному из входов элемента 29 сравнени  из второй группы, второй вход которого соединен с выходом модели 17 критической скорости базового участка, а выход через логический блок 30 вы влени  знака отклонени  прогнозной скорости от критической дл  базового участка подсоединен к одному из входов исполнительных органов 31 и 32 изменени  режима работы насоса и блока 33 оптимизации режима работы насоса . Вторые входы блока 33 и исполнительных органов 31 и 32 подключены через пороговый блок 34 к выходу блока 16 вы влени  знака отклонени  текущей скорости от критической, а третьи входы исполнительных органов 31 и 32 - к соответствующим выходам блока 33 оптимизации.

Выходы преобразователей 20-22 через соответствующие сглаживающие интеграторы (фильтры) 35-37 подключены к входам сумматора 38, который выходом через усреднитель 39 общей средней загрузки всего трубодровода на интервале управлени  подключен к одному из входов вычислител  40 показател  качества работы гидротранспортной установки, второй вход которого соединен с выходом датчика 11 расхода . Выход вычислител  40 показател  качества соединен с третьим входом блока 33 оптимизации.

Исполнительный орган 32 св зан с регулирующим органом 41, установленным на сливном трубопроводе 42 фильтра-сгустител  43, а исполнительный орган 31 св зан с регулируюц им органом 44 заборного устройства 45 с заборным трубопроводом 46.

На фиг. 1 показаны также приемный . зумпф 47 со слоем твердого материала, предназначенного дл  транспортировани  по трубопроводу 4 насосным агрегатом 48.

Узлы устройства, кроме датчиков давлени  и расхода, а также блока оптимизации , могут быть выполнены на интегральных микросхемах серии К140, К155, транзисторах типа КП103Е, МП37А и диодах типа Д2Б. Элементы сравнени  5-7, 13-15 и 29 и сумматор 38 выполнены на операционных усилител х (ОУ) типа К1УТ401Б. Интеграторы 35-37 выполнены по схеме сглаживающего активного фильтра на К1УТ401Б с RC-св з ми, посто нна  времени которого может измен тьс  от 2 до 50 с. Усреднитель 39 выполнен также на ОУ К1УТ401Б по схеме интегратора с периоди-ческим .сбросом и восстановлением начальных значений.

Обработка сигналов в модел х и вычислител х осуществл етс  на базе типовой элементарной структуры умножител  сигналов , в которой в качестве сравнивающего устройства использованы ОУ К1УТ401Б, а управл емыми элементами делител   вл ютс  полевые транзисторы типа КП103Е. Точность воспроизведени  операции в диапазоне нормированных уровней сигнала пор дка 0,5°/о-. Использу  умножитель в качестве нелинейной обратной св зи в ОУ, построены модели прогнознрй 26 и критической скорости - 17-19. Погрешность

воспроизведени  эталонных .молельных характеристик не превышает 1,8%- Вычислитель 40 показател  качества построен на умножителе с управл емым коэффициентом масштабного множител .

Модели 8-10 характеристик потерь напора на воде в исправном трубопроводе каждого участка и модель 12 текущей скорости построены на ОУ К1УТ401Б, в цепи обратной св зи которых использованы диодные функциональные преобразователи, выполненные на диодах типа Д2Б. Точность воспроизведени  реальных характеристик апроксимировамными кусочно-линейными кривыми составл ет пор дка 1,5%. Пороговый блок 34 и логические блоки 30 и 16 вы влени  знака отклонени  скоростей построены на двухпороговых амплитудных дискри-. минаторах с использованием элементов К1УТ401Б, и дешифраторах логических уров ней сигналов, собранных на логических элементах типа К1ЛБ553.

Устройство выполн етс  в виде отдельного блока и устанавливаетс  на перекачной ступени гидротранспортной системы, сопр га сь через дополнительные входы с локальными системами каналов загрузки и сгущени , а также блоком оптимизации.

Датчики давлени  и расхода представл ют собой стандартные датчики, предназначенные дл  измерени  соответствующих параметров гидросмеси. В качестве блока оптимизации в устройстве использован стандартный шаговый экстремальный регул тор.

Устройство работает следующим образом .

Поиск оптимальной загрузки трубопровода твердым материалом осуществл етс  по каналу загрузки трубопровода 46 регулированием заборного устройства 45 с помощью регулирующего органа 44 и по каналу отвода . части потока через фильтрсгуститель 43 по сливному трубопроводу 42 с помощью регулирующего органа 41, причем блок 33 оптимизации поочередно подключаетс  к исполнительном органам 31 и 32 блоками 30 и 34.

Канал загрузки работает при большой плотности поступающей в зумпф гидросмеси , дозиру  гидросмесь оптимальной плотности в заборный трубопровод 46. Канал отвода потока из трубопровода работает при малой плотности и больших объемах поступающей в зумпф гидросмеси, формиру  гидросмесь оптимальной плотности в трубопроводе 4 за счет отвода излишней жидкости через фильтр-сгуститель 43.

Эффективный поиск оптимальной загрузки трубопровода переключением каналов не, может быть осуществлен по информационному сигналу из одной точки, так как текущий режим на входе в трубопровод 46 не дает информации о режиме на последующих его уч;астках (на фиг. I показаны I - III

участки) по ходу потока. Режим каждого участка трубопровода, как распределительной системы, определ етс  местной консистенцией (плотностью), транспортной скоростью гидросмеси, крупностью и видовым составом твердого и может оказатьс  критическим , тогда как дл  других участков сохран етс  нормальный режим. Какого-либо интегрального сигнала, который характеризовал бы режим всех участков трубопровода,

0 не имеетс . Нет также информации о производительности гидротранспортной системы по .транспортируемому твердому материалу при изменении транспортного режима.

В основных каналах распределенного контрол  на каждом участке трубопровода с

помощью .эталонных моделей 8-10, моделирующих характеристики П9терь напора исправных участков трубопровода и насоса при эталонной плотности жидкости (в частности воды), определ етс  отклонение действительных потерь при текущей плотности и расходе гидросмеси от модельных потерь на воде, т. е. текущие потери, а с помощью преобразователей 20-22, преобразующих отклонение текущих потерь от эталонных, определ етс  плотность гидросмеси на участке, т. е. текуща  загрузка участка гидросмесью.

Далее сигналы, пропорциональные плотности гидросмеси на соответствующих участках на текущий момент времени, поступают

д одновременно дл  последующих преобразований в основных каналах распределенного контрол  и в дополнительном информационном канале устройства.

В основных каналах по этим сигналам в преобразовател х 23-25 вычисл етс 

5 критическа  скорость дл  участков при данной текущей плотности, вы вл ютс  узкие места по транспортному режиму и формируютс  управл ющие сигналы координации регулирующих каналов загрузки и сгущени  и режима работы блока оптимизации.

В дополнительном канале вычисл етс  производительность гидротранспортной системы по текущей загрузке твердым материалом на интервале ttj. управлени  блока оптимизации . Интервал tu управлени  численно

5 равен времени Т одного цикла поиска и может устанавливатьс  заранее либо перестраиватьс  в зависимости от типа используемого блока оптимизации. Таким образом, сигнал датчика I1 расхода , пропорциональный расходу Qi бйзового участка трубопровода (фиг. 1), поступает на вход моделей 8-10, моделирующих потери напора на воде в исправном трубопроводе каждого участка (характеристика HT(Q), фиг. 2). С выходов моделей снимаетс  сигнал модельных (эталонных) потерь Нпэ на участке, которые были бы в исправных участках трубопровода на воде при расходе Qt базового участка и исправном насосном агрегате, согласно характеристике Но (Q). При этом же расходе и исправном насосе, согласно кривой Hii(Q) потерь на участке трубопровода при повышенной плотности гидросмеси, действительные (текущие) потери, поступающие с датчиков I-3 давлени , определ ютс  расходом н консистенцией (плотностью гидросмеси ) на соответствующих участках, и равны величине Н„ (дл  каждого участка свое значение потерь).

После сравнени  модельных (эталонных) потерь Нпэ (сигналы с моделей 8-10) и действительных потерь Нп от датчиков (сигналы .от датчиков 1-3 давлений) в соответствующих элементах 5-7 сравнени  на их выходах по вл етс  сигнал, пропорциональный разности потерь напора ДН Нпэ - Нп, который-пропорционален плотности гидросмеси при данной скорости транспортировани . Далее по функциональной зависимости плотности гидросмеси от разности потерь при данном расходе в преобразовател х 20-22 вычисл етс  плотность гидросмеси, т. е. загрузка участков трубопровода.

В дополнительном канале дл  устранени  вли ни  высокочастотных помех в каналах св зи на сигналы датчиков давлени  и расхода и сглаживани  пульсаций и выбросов мгновенных значений сигналов, пропорциональных действительной плотности гидросмеси, выходные сигналы преобразователей 20-22 усредн ютс  интеграторами 35-37, выполн ющими роль сглаживающих фильтров, на небольщом интервале времени Э . Причем интервал в выбран намного меньще, чем интервал управлени , т. е. в « ty,: Далее сигналы интеграторов 35-37 поступают на входы сумматора 38, на выходе которого формируетс  сигкал , пропорциональный сумме интегрированных загрузок каждого участка. По этому сигналу в усреднителе 39 вычисл етс  средн   за интервал Т усреднени  обща  загрузка трубопровода в целом на момент времени интервала управлени . При этом интервалы усреднени  С и управлени  t,, совпадают , т. е. Т tjj..

Выходные сигналы усреднител  39 н датчика 11 расхода поступают на соответствующие входы вычислител  40 показател  качества загрузки, на выходе которого формируетс  сигнал, пропорциональный производительности Q гидротранспортной системы по твердому материалу на интервале управлени . Этот сигнал поступает на третий вход блока 33 оптимизации и  вл етс  дл  него информативным, как определ ющий качество и эффективность управлени  работы этого блока при поиске оптимального по загрузке режима.

Параллельно по сигналам текущей загрузки участков на выходах моделей 17-19 ,критических скоростей с помоЩью преобразователей 23-25, воспроизвод щих зависимость критической скорости в трубопроводе от плотности (загрузки) гидросмеси при данных параметрах трубопровода, формируютс  сигналы, пропорциональные критической скорости Vfcp на каждом участке , котора  должна быть обеспечена при данной его загрузке. Критические скорости VHP , определенные дл  всех участков, с помощью элементов 13-15 сравнени  сравниваютс  с д(ействительной скоростью Vj в трубопроводе , поступающей от датчика 11 расхода через модель 12, и сигнал, пропорциональный разности скоростей Д V VKO - Vj, поступает в логический блок 16 дл  анализа знака отклонени  AV.

При Vj Уцр, т. е. AV О, дл  всех участков пороговый блок 34 переводит блок 33 оптимизации в режим поиска, при отсутствии ограничений - на допустимый транспортный режим и подключает каналы блока 33 оптимизации к исполнительным органам 31 и 32 дл  оптимизации загрузки дозированием и отводом части потока Q;i,.

Таким образом, в этом случае блок 33 по информативному сигналу вычислител  40 качества автоматически оть1скивает оптимальный режим - максимум производительности QT по твердому материалу - управлением дозировани  через канал загрузки и скоростью через канал отвода потока в пределах, выработанных модел ми ограничений скорости (Vg VKJ,) на интервале управлени  ty.

В случае, если хот  бы на одном из участ ков действительна  скйрость Vg. станет равной или меньщей критической V,p(Vj Укр), т. е. возникает узкое место в транспортном режиме, то с выхода блока 16 на вход блока 34 поступает сигнал запрета на оптимизацию увеличением отвода потока и плотности во избежание осаждени  гидросмеси. В этом случае блок 34 переводит блок 33 в другой режим поиска в услови х ограт ничеиий (поиск по одному каналу), в результате чего отключаетс  канал загрузки блока 33 оптимизации и включаетс  исполнительный орган 32 на уменьщение отводимого потока Рсд через регулирующий орган 41 дл  повышени  скорости в трубопроводе .

Диапазон допустимого отклонени  Vj от Укр устаиавливаетс  порогом срабатывани  блока 34 в пределах иекоторого запаса по скорости сверх критической дл  обеспечени  требуемой надежности гидротранспорта , так что Vg Укр 4- SV, где 8V - запас по скорости сверх критической; и блок 34 срабатывает при Vj VKP -I- 5V. Прн этом блок 33 по выходному сигналу вычислител  40 автоматически отыскивает оптимальный режим по производительности QT только управлением скоростью по одному каналу отвода. С установлением новой оптимальной производительности QJ н устранением узких мест по транспортному режиму, когда дл  всех участков выполн етс  условие VQ Укр, с выхода логического блока 1б снимаетс  сигнал запрета и блок 34 переводит блок 33 в режим поиска по двум каналам.

Если дальнейшее увеличение скорости по каналу отвода за счет умеиьшени  расхода слива через регулирующий орган 41 станет невозможным, т. е. Q « О, о чем свидительствует состо ние регулирующего органа 41 и сохранение хот  бы на одном участке услови  V V,p сохранившийс  сигнал запрета на выходе блока 16 через пороговый блок 34 переведет блок 33 в следующий режим поиска оптимальной производительности только по другому каналу - каналу загрузки. В результате отключаетс  канал отвода и включаетс  исполнительный орган 31 на уменьшение загрузки заборного трубопровода 46 через заборное устройство 45 с помощью регулирующего органа 44, а блок 33 автоматически отыскивает по выходному сигналу вычислител  40 показател  качества оптимальную производительность Q-r установки управлением плотностью по каналу загрузки . После восстановлени  услови  V Укр дл  всех участков логический блок Гб снимает сигнал запрета и блок 34 переводит блок 33 в режим поиска по двум каналам.

При наложении ограничений на одном участке (например, в концевом участке гидросмесь с предельной плотностью) и невыполнении условий оптимальности на других (например, в начальном и на других участках вода) наблюдаютс  значительные отклонени  действительиой производительности Q. от оптимальной. В этом случае дл  оптимальной загрузки всего трубопровода в будущем необходима поискова  оптимизаци  только по одному каналу загрузки через формирование гидросмеси в начальном базовом участке в насто щем с учетом определени  прогнозного экстремального режима во всем трубопроводе по текущей загрузке в базовом участке в данный момент. При этом с помощью моделей 8 и 17 базового участка непрерывно определ етс  текуща  загрузка участка, плотность гидросмеси и критическа  скорость дл  данной плотности. По действительной загрузке базового участка в модели 26, состо щей из последовательно соединенных модели 27 и преобразовател  28, непрерывно определ етс  с помощью модели 27 будущий (прогнозный) режим ьо всем трубопроводе дл  данной загрузки, а с помощью преобразовател  28 прогнозна  скорость Vfip гидросмеси, котора  установитс  при заполнении трубопровода гидросмесью с плотностью базового участка.

Прогнозна  скорость Vnp в элементе 29 сравнени  сравниваетс  с критической скоростью VKO, необходимой .дл  базового участка при данной его загрузке, поступающей с выхода модели 17. В случае, если

Vnp VKP и V У„р, дл  всех участков загрузка , трубопровода и поиск оптимальной производительности Q установки осуществл етс  блоком 33 оптимизации по двум каналам загрузки и отвода по информационQ ному сигналу, формируемому на выходе вычислител  40 показател  качества, до получени  услови  Vnp VHP -j-JV с учетом запаса скорости (нечувствительности измерительных устройств н блока 30).

5 В случае, если Vnp , блок ЭД выдает сигнал запрета, который переключает блок 33 на режим поиска в услови х ограничений , но уже по каналу загрузки базо вого участка и при отключенном канале отвода . Пара 1лельно в дополнительном ин0 форма ционном канале вычисл етс  значение показател  качества, по которому блок 33 оптимизации осуществ ,1 ет управление формированием плотности гидросмеси через канал загрузки в

5 направлении достижени  в будущем оптимальной производительности Q. в пределах ограничений по скорости, выработаиных распределенным контролем дл  прогнозиого режима. Этим исключаетс  возможность перегрузки трубопровода и потери траис0 портной способности в будущем, когда весь трубопровод заполн етс  гидросмесью с плотностью базового участка.

Таким образом, от начала включеии  устройства в работу оно осуществл ет распределенный контроль участков, автоматический поиск и поддержание максимальной производительностигидротраиспортиой

системы по твердому материалу в пределах ограничений по критическому .режиму, обеспечива  оптимальную загрузку каждого

0 участка и всего трубопровода в измеи ющихс  услрви х с достаточной точностью.

Использование дополнительного информационного канала .дл  вычислени  показател  качества загрузки трубопровода повыщает точность управлени  производительностью гидротранспортной системы, так как снижает случайные составл ющие погрещности управленн  и потерь иа поиск, «рысканье и автоколебаний, обусловлеииые вли нием труднопредсказуемых резкопере ,. менных притоков. В результате снижаютс  дополнительные затраты энергии при выходе на новую производительность и при стабилизации оптимального режима в гидросистеме , а снижение интенсивности автоколебаний в поисковом и установившемс 

Claims (1)

1. 5 режимах обеспечивает устойчивый поиск и надежность управленн . Благодар  этому повышаетс  надежность работы всей- гидротранспортной системы, что приводит к сиижению удельных материальных и энергетических затрат. Формула изобретени  Устройство дл  контрол  и управлени  насосной установкой гидротранспортной системы по авт. св. № 676515, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и точности работы устройства при широком диапазоне возмущений, в него введены интеграторы, сумматор, усредни8 5 тель и вычислитель показател  качества, соединенный выходом с третьим входом блока оптимизации режима работы насоса, а входами - одним непосредственно с выходом датчика расхода, а другим через усреднитель - с выходом сумматора, входы которого через интеграторы подключены к вторым выходам моделей критической скорости . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 676515, кл. В 65 G53/66, 1977 (прототип).